Auswirkungen von Radiopharmaka in der Nuklearmedizin am Beispiel von PET und SPECT

Abstract

Eine Positronenemissionstomografie (PET) ist eine diagnostisch bildgebende Methode, mit der man erkennen, feststellen und darstellen kann, wie Energiestoffwechsel und biochemische Stoffwechselvorgänge in Körpergeweben und -organen ablaufen. Dementsprechend ist PET eine morphologische und biochemische Bildgebung. PET ist eine physikalisch nuklearmedizinische Analyse, die im Scan (bildgebende Untersuchungsmethode) ein Körperorgan dreidimensional (3-D-Bildaufnahme) darstellt, und beruht auf Anwendung von Radionuklide oder radioaktiv markierter Substanzen (genannt in Englisch Tracer – auf Deutsch übersetzt Spur – also ein Radiopharmakon). In diesem Zusammenhang wird ein biochemisches Molekül verwendet, ein Radiopharmakon, das mit dem radioaktiv chemischen isotopen Element Fluor-18 (18F) markiert wird: Fluorodesoxyglukose (FDG). Das heißt 18F-FDG (in PET). Die Anwendung von PET wird also in der Medizin eingesetzt, um u. a. Krebs im lebenden Körper nachweisbar zu suchen (z. B. Lungenkrebs, Brustkrebs, Gehirnkrebs, Magenkrebs, Darmkrebs usw). Mittels PET wird auch die Ausbreitung vom Krebs im Körper festgestellt (oder in welchem Stadium die Metastase steht). Eine Einzelfotonenemissionscomputertomografie, Abkürzung SPECT (aus dem Englischen: Single Photon Emission Computed Tomography) ist, wie bei PET, eine nuklearmedizinische Tomografiebildgebungstechnik, die informelle 3-D-Bildaufnahme bei der Diagnostik liefert. SPECT ist somit ein tomografisch bildgebendes Verfahren in der nuklearmedizinischen Diagnostik und ergibt genaue 3-D-Darstellung von Schilddrüsenbildgebung, Knochenszintigrafie, Infektionsbildgebung (Leukozytenbildgebung), Tumorbildgebung, funktionelle Herz- oder Gehirnbildgebung usw. Physikalich betrachtet, ist die Comptonstreuung von Strahlung in der SPECT-angewandten Radioisotope der dominierende Wechselwirkungsprozess in Geweben. Wie bei PET verwendet man auch bei SPECT einen radioaktiven Tracer (Radiopharmakon) und Detektion von Strahlungen, durchgeführt unter Verwendung einer Kamera. Bei SPECT emittiert der verwendete Tracer (Radiopharmakon) Strahlung, die mit Detektoren direkt gemessen wird. Das Radiopharmakon 99mTc eignet sich bei SPECT sehr gut und kommt deshalb häufig zum Einsatz. Das radioisotope eingesetzte 99mTc-markierte Radiopharmakon wird nach intravenöser Applikation injiziert, wie u. a. 99mTc-Tetrofosmin und -Sestamibi für funktionelle Bildgebung des Herzens, oder 99mTc-Exametazim für funktionelle Bildgebung des Gehirns. 18F und 99mTc werden in einer sehr geringen Dosis – im Grunde genommen in die Vene eines Menschen – verabreicht (intravenöse Injektion). Diese beide Isotope radioaktiv-markierter Substanzen werden aus dem Körper in fünf biochemischen Prozessphasen der Pharmakokinetik ausgeschieden. Diese fünf Phasen werden mit dem englischen Akronym LADME dargestellt: i.Liberation (Befreiung, Entfernung, Entlastung).ii.Absorption (Aufnahme, Resorption).iii.Distribution (Verteilung).iv.Metabolism (Metabolismus, Stoffwechsel).v.Excretion (Ausscheidung, Absonderung, Ausfluss, Abbau).Die radioaktiv-markierte Radiopharmaka 18F und 99mTc sind Wirkstoffe und haben – wie jedes Arzneimittel – eine Auswirkung auf den organisch-lebenden Körper eines Menschen. Sie haben beide verschiedene und unterschiedliche Dosiswirkprofile sowie biochemisch wechselwirkende Dosiswirkmechanismen mit den menschlichen Organen, Zellen und Molekülen (Nieren, Lungen, Darm, Magen, Leber, Herz, Blutzellen, Hormonen usw.). Die Pharmakodynamik – im Zusammenhang mit der vorliegenden Arbeit – beschreibt also die biochemischen Auswirkungen auf den menschlich lebenden Körper im Rahmen ihres Einsetzens bei der Diagnostik und der Therapie und werden in dieser Untersuchung eingehend auseinandergesetzt.Es werden verschiedene und unterschiedliche physikalisch-chemische Methoden und Reaktionen benutzt, um die Radiopharmaka 18F und 99mTc herzustellen. Diese Radionuklide zeigen hervorragende Anwendungen bei der Diagnostik und der Therapie, um die verschiedenen Tumore im menschlich lebenden Körper zu behandeln. Das wurde mit historisch-wissenschaftlichen, physikalischen, chemischen und medizinischen Referenzen in der vorliegenden Arbeit eingehend untermauert und ausführlich auseinandergesetzt.

Positron emission tomography (PET) is a diagnostic imaging method that can be used to recognize, determine and display how energy metabolism and biochemical metabolic processes take place in body tissues and organs. Accordingly, PET is a morphological and biochemical imaging. PET is a physical, nuclear-medical analysis that uses a scan (imaging examination method) to display a body organ three-dimensionally (3-D image recording) and is based on the use of radionuclides or radioactively labeled substances (called tracers, i.e., a radiopharmaceuticals). In this context, a biochemical molecule is used, a radiopharmaceutical that is labeled with the radioactive chemical isotopic element fluorine-18 (18F): fluorodeoxyglucose (FDG). That is called 18F-FDG (in PET). The application of PET is therefore used in medicine, e.g., to detect cancer in the living body (e.g., lung cancer, breast cancer, brain cancer, stomach cancer, colon cancer, etc.). PET is also used to determine how far the cancer has spread through the body (or what stage the metastasis is in). A single photon emission computed tomography, abbreviation SPECT is like PET, a nuclear medicine tomography imaging technique that provides informal 3-D imaging in diagnostics. SPECT is therefore a tomographic imaging method in nuclear medicine diagnostics and provides a precise 3-D representation of thyroid imaging, bone scintigraphy, infection imaging (leukocyte imaging), tumor imaging, functional heart or brain imaging, etc. From a physical point of view, the Compton scattering of radiation in the SPECT-applied radioisotopes the dominant interaction process in tissues. As with PET, a radioactive tracer (radiopharmaceutical) is also used with SPECT and detection of radiation, carried out using a camera. With SPECT, the tracer used (radiopharmaceutical) emits radiation, which is measured directly with detectors. The radiopharmaceutical 99mTc is very suitable for SPECT and is therefore often used. The radioisotope used 99mTc-labeled radiopharmaceutical is injected after intravenous administration, as 99mTc-Tetrofosmin and -Sestamibi for functional cardiac imaging, or 99mTc-Exametazim for functional brain imaging. 18F and 99mTc are given in a very small dose - basically into a human vein (intravenous injection). These two isotopes of radioactively labeled substances are cleared from the body in five biochemical process phases of pharmacokinetics. These five phases are represented by the acronym LADME: i.Liberation. ii.Absorption. iii.Distribution.iv.Metabolism. v.Excretion. The radioactively labeled radiopharmaceuticals 18F and 99mTc are active ingredients and - like any drug - have an effect on the organic living body of a human being. They both have distinct and different dose-response profiles as well as biochemically interacting dose-response mechanisms with the human organs, cells and molecules (kidneys, lungs, intestines, stomach, liver, heart, blood cells, hormones, etc.). The pharmacodynamics - in connection with the present work - thus describes the biochemical effects on the living human body in the context of their use in diagnostics and therapy and are discussed in detail in this study. Different and diverse physico-chemical methods and reactions are used to produce the radiopharmaceuticals 18F and 99mTc. These radionuclides show excellent applications in diagnosis and therapy to treat the various tumors in human living body. This was substantiated and discussed in detail in the present work with historical-scientific, physical, chemical and medical references.