Klassische Radiologie am Scheideweg – Innovationen in der onkologischen Bildgebung

Die multimodale Bildgebung (Hybridtechniken) verwendet die unterschiedlichsten Bildgebungsmodalitäten wie z. B. Positronen- Emissions-Tomografie (PET), MRT, optische Bildgebung, Ultraschall, Computertomografie (CT) und andere Bildgebungstechnologien. Ziel der multimodalen Bildgebung ist die Erfassung von multiplen Parametern pathophysiologischer Vorgänge auf einem molekularen Niveau, in dem morphologische und funktionelle Einschränkungen der einzelnen Modalitäten überwunden werden.

PET-MRI: Die Entwicklung von Hybridtechniken eröffnet ungeahnte Möglichkeiten sowohl in Rahmen der klinischen als auch präklinischen Bildgebung. Eine dieser Technologie, die gerade Einzug in die klinische Routine hält, ist PETMRI. Verglichen mit CT-Bildern zeigen MRBilder einen deutlich besseren Weichteilkontrast, MRI bietet zudem die Möglichkeit, neben der makroskopischen Anatomie auch Informationen über Prozesse auf molekularer Ebene zu erhalten. So kann beispielsweise das Diffusionsverhalten von Wassermolekülen gemessen werden. MRI kann durch Nutzung leicht unterschiedlicher Resonanzfrequenzen die Konzentration verschiedener Moleküle messen, um genauere Informationen über die Zusammensetzung von Geweben zu erhalten (MR-Spektroskopie). Auf diese Weise kann Information über das Ausmaß der Zellproliferation (Cholin), über den Energiestoffwechsel (Kreatin), über Hypoxie und Nekrose (Laktat) von Tumoren gewonnen werden. Ferner ermöglicht MRI die Darstellung von Blutgefäßen und die Analyse des Blutflusses ohne Verwendung von Kontrastmittel. PET zeichnet sich dadurch aus, dass Radiotracer spezifische Stoffwechselabläufe oder Rezeptoren auf den Zelloberflächen darstellen. PET und MRI sind in vieler Hinsicht komplementär. Einerseits können Strukturalterationen im MRI durch PET besser charakterisiert werden, andererseits können Veränderungen von Tumoren in der PET erkannt werden, bevor sie im MRI zu Veränderungen der Morphologie fuhren. Da Änderungen auf molekularer Ebene vor Änderungen der Morphologie stattfinden, kann die Wirkung von Medikamenten oder Chemotherapeutika oft schon kurze Zeit nach Therapiebeginn evaluiert werden. Die ersten klinischen Erfahrungen mit PET/MRI deuten auf ein großes Potenzial dieser Bildgebungsmethode zur Verbesserung der nicht-invasiven Diagnostik und besseren Charakterisierung von Tumoren hin.

Imaging-Biomarker (IB) sind Merkmale, die objektiv gemessen und analysiert werden und als Indikatoren für biologische und (patho-)physiologische Prozesse oder für das Ansprechen auf eine therapeutische Intervention gelten und demnach in der personalisierten Medizin vielfältige Anwendungen finden. IB erlauben frühzeitige Diagnosen, ein verbessertes Staging, eine individuelle Prognose und eine verbesserte Beurteilung des Behandlungsansprechens. IB haben im Gegensatz zu Serum- oder Gewebebiomarkern den Vorteil, dass sie nicht-invasiv und wiederholt gemessen werden können.

Bildgestützte Therapie und bildgestützte minimal invasive Therapie sind Megatrends in der modernen Medizin und ermöglichen eine frühzeitige Diagnostik und therapeutische Eingriffe. Die interventionell radiologische Therapie ermöglicht die bildgestützte Ablation von Tumoren, die lokale Einbringung von Chemotherapeutika oder radioaktive Mikrosphären und die endovaskuläre Strahlentherapie.

Theranostatika: Unter Theranostika versteht man die Kombination von diagnostischen und therapeutischen Proben in einem Drug-Delivery- System, die gleichzeitig zur Diagnostik und Behandlung von Tumoren sowie zur Überprüfung des Behandlungserfolges verwendet werden können. Diese theranostischen Proben verfügen über Feedback-Mechanismen, die eine Quantifizierung und Lokalisierung der therapeutischen Wirksamkeit von Behandlungen ermöglichen. Theranostische Nanoproben sind weiters durch die Integration von mehreren Funktionen innerhalb eines Teilchens charakterisiert. Diese Nanoproben können die Pharmakokinetik der eingebauten Arzneimittel so modifizieren, dass Arzneimittel-Freisetzungs- Systeme entwickelt werden können, die durch die materielle Zusammensetzung speziell an eine bestimmte Umgebung angepasst werden können.

Möglichkeiten molekularer Bildgebung: Die molekulare Bildgebung wird eine zunehmend wichtigere Rolle in der Zukunft spielen, nicht nur im Rahmen der Grundlagenforschung, sondern auch in der klinischen Diagnostik, der früheren Krebserkennung, genaueren Therapieplanung und in einem besseren Therapiemonitoring. Sie erlaubt nicht nur eine genauere Lokalisation einer Erkrankung oder einer Läsion, sondern auch die Expression und Aktivität von spezifischen Molekülen (Proteasen, Kinasen) und biologischen Prozessen (Apoptose, Angiogenese und Metastasierung) und das Verhalten von Tumoren auf die eingeleitete Therapie.
Die molekulare Bildgebung wird – und damit auch die gesamte Radiologie – eine wichtige Rolle in der Zukunft der Bildgebung spielen und entscheidend zur Erreichung folgender Ziele beitragen:
• Früherkennung von Krankheiten in heilbaren Stadien; z. B. das Feststellen eines Tumors im frühesten Stadien und nicht erst, wie bisher, wenn der Tumor in der konventionellen morphologischen Bildgebung 1 cm oder mehr misst, sondern auf Grundlage von molekularen und physiologischen Veränderungen auf zellulärer oder genetischer Ebene. Die 5-Jahres-Überlebensraten von PatientInnen mit einer Krebserkrankung in einem frühen Stadium liegt bei über 90 %. Wenn man solche Läsionen noch früher erkennt, sind diese Krankheiten heilbar.
• Die molekulare Bildgebung wird es ermöglichen, nicht nur die Lokalisation einer Erkrankung im Körper mit Hilfe von Hybridgeräten (PET-CT, PET-MR, FMT-CT) exakt zu bestimmen, sondern darüber hinaus auch die Expression und Aktivität von spezifischen Molekülen und biologischen Prozessen. Das wiederum eröffnet die Möglichkeiten hin zu einer individualisierten, personalisierten Therapie.
• Die molekulare Bildgebung wird im Rahmen der Grundlagen und in der präklinischen Forschung eine tragende Rolle spielen und somit zu einer effektiveren und auch kostengünstigeren Medikamentenentwicklung beitragen. Derzeit dauert die Entwicklung von neuen Medikamenten und Therapien zu lange und ist auch sehr teuer.

All diese Informationen über Krebsfrüherkennung, Entwicklung neuer Therapiemöglichkeiten, individualisierte Therapien und Therapiemonitoring bestätigen, dass die molekulare Bildgebung das Potenzial besitzt, die klinische Bildgebung zu revolutionieren, und in Zukunft ein wesentlicher Bestandteil der Radiologie sein wird.

FACT-BOX

Die klassische radiologische Bildgebung befindet sich am Scheideweg. Moderne Kontrastmittel, die molekulare Zielstrukturen nachweisen können, erweitern die Leistungen der konventionellen bildgebenden Verfahren, die ledigliche anatomische Veränderungen nachweisen können. Die molekulare Bildgebung ermöglicht, nicht nur den Tumor im Körper, sondern darüber hinaus auch die Expression und Aktivität spezifischer Moleküle (z.B. Proteasen oder Proteinkinasen) sowie biologische Prozesse (z.B. Apoptose, Angiogenese, Metastasierung) nachzuweisen, die den Tumor und/oder dessen Ansprechen auf Therapien beeinflussen. Derartige Informationen werden einen großen Einfluss auf die Früherkennung, individualisierte Therapieverfahren, Medikamentenentwicklung sowie unser generelles Verständnis von Krankheitsursachen haben.