Molekulare Bildgebung

	Leiterin Prof. Dr. Maliha Sadick Tel    0621 383 5084 Fax:  0621 383 3096
	Ärztliche Mitarbeiter: Dr. med. Sönke Bartling Dr. med. Hany Kayed

Definition

Visualisierung molekularer, biochemischer oder zellulärer Vorgänge durch Zellmarkierung mit unterschiedlichen Biomarkern oder Tracer zur Ermittlung von Zelltypen (z. B. Tumorzelle) und von Zellfunktionen (z. B. Apoptose). Mit ihrer Hilfe können organische oder zelluläre Fehlfunktionen schon vor dem Auftreten der ersten anatomischen Veränderungen entdeckt werden. Dabei werden zahlreiche Bildgebungsmodalitäten eingesetzt: optisch Fluoreszenz und Biolumineszenz, magnetisch Magnetresonanztomographie, radioaktiv/röntgenologisch: PET, SPECT und PET/CT, akustisch Ultraschall. Die Kenntnis der molekularen Pathologie eröffnet eine neue Ebene der Bildgebung, die auf die Detektion molekularer Prozesse in vivo fokussiert.
Die molekulare Bildgebung zielt auf die durch Erkrankungen verursachten biochemischen Veränderungen in einer Zelle oder einem Organismus ab, die bereits vor den morphologischen Veränderungen manifest werden. Zum Beispiel kann mit speziellen optischen Kontrastmitteln die Expression spezifischer Rezeptorproteine auf der Oberfläche einer Tumorzelle detektiert werden.
Die optische Bildgebung wir u. a. zur Detektion von Genexpression und Protein-Liganden-Interaktion eingesetzt. Markierung der Zellen und optischer Zugang stellen eine Herausforderung dar. Als Detektionsquellen stehen Absorption, Reflexion, Fluoreszenz und Biolumineszenz zur Verfügung. Oftmals werden mikroskopische Darstellungen und die experimentelle Bildgebung bei Kleintieren angewandt, da die Eindringtiefe des Lichts sehr beschränkt ist.

Ziele

Präzise Aussagen über den Funktionszustand eines Organs machen zu können, ist in der Medizin von zentraler Bedeutung. Allerdings ist es oft schwierig, geeignete Parameter für solche Aussagen zu finden. Üblicherweise sind präzise Aussagen nur mit aufwendigen und teueren Testsystemen zu erhalten. Daher werden für die Funktionsdiagnostik verschiedenster Organsysteme Surrogat-Marker (z. B. Inulinclearance, Kreatininclearance) verwendet, das heißt man versucht mit möglichst einfachen Mitteln die eigentliche Funktion abzubilden. Dies geht in der Regel mit einem erheblichen Verlust an Präzision einher.
Im Rahmen unseres Projektes soll ein Diagnosesystem etabliert werden, das sowohl die optische Darstellung als auch funktionelle Berechnung der Eliminationskinetik eines Organes gewährleistet: dynamische Fluoreszenzbildgebung für nicht-invasive Organfunktionsmessungen mittels eines komplexen optischen Meßsystems - Etablierung einer neuen diagnostischen Plattform für die Bestimmung der glomerulären Filtrationsrate der Niere und die Früherkennung einer Nephropathie.

Methoden

Die Umsetzbarkeit unserer Idee wird für die Funktionsmessung der Niere realisiert.
Mit Hilfe des von uns entwickelten Fluoreszenzmarker Fluoreszein-5-isothiocyanat gekoppelt an Sinistrin (FITC-Sinistrin), der intravenös appliziert wird und dessen Eliminationskinetik im Blut gemessen werden kann, steht eine neue Substanz zur Bestimmung der glomerulären Filtrationsrate zur Verfügung. Die Anwesenheit der FITC-Gruppe ermöglicht eine minimal-invasive Bestimmung anhand eines konventionellen Fluorometers. Problematisch ist hierbei jedoch die optische Messung der Substanz bei einer Wellenlänge von 520 nm, was in enger Nachbarschaft zum Emissionsspektrum von Hämoglobin liegt und somit durch Hämolyseprozesse beeinträchtigt werden kann. Zudem ist durch die Wellenlänge von 520 nm die Eindringtiefe des Messignals der Substanz auf maximal 2 mm begrenzt. Die Messung der Fluoreszenz erfolgt am Kleintier in einem lichtdichten Fluoreszenzaufbau. Aufnahme und Dokumentation erfolgen über eine integrierte digitale CCD-Kamera.
Aktuell geht zur Entwicklung in Etablierung eines Fluorophors mit einem Emissionsmaximum bei 800nm, der mit Fructosanen gekoppelt werden kann und dessen Ausscheidungskinetik zur Ermittlung der Nierenfunktion geeignet ist.

Inhalte

Vorarbeiten
Siehe Methoden

Derzeitige Projekte
Nicht-invasive Untersuchung der Nierenfunktion an einem etablierten Tiermodell für Nierenfibrose mit Hilfe der Flachbilddetektor-Computertomographie.

Zukünftige Planungen
Integration der PET/CT. Die kombinierte Positron-Emissions-Tomographie/Computertomographie (PET/CT) liefert fusionierte morphologische und funktionelle Datensätze des ganzen Körpers in einem einzigen Untersuchungsgang. In der überwiegenden Anzahl onkologischer Untersuchungen wird [18F]-2-Fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG) als radioaktives Agens verwendet. Der Einsatz der PET/CT dient u. a. der Diagnostik unklarer Primärtumoren, dem Staging von Melanomen und Kopf-Hals Tumoren, dem Monitoring von Lymphomerkrankungen unter Chemotherpie und der Detektion von Rezidiv –bzw. Resttumoren nach Behandlung.
Für die pharmakologische und präklinische onkologische Forschung sind Kleintier-PET/CT-Systeme unverzichtbar. In vitro Untersuchungen an Zellkulturen und ein erfolgreicher Transfer auf die in vivo Ebene werden dadurch möglich, z. B. im Rahmen von Untersuchungen zur Erfassung von Sättigungskinetiken, bei Transport-Prozessen oder bei Rezeptorstudien.

Kooperationspartner

Es bestehen wissenschaftliche Kooperationen mit dem Zentrum für Medizinische Forschung am Universitätsklinikum Mannheim und der Fachhochschule Mannheim, Fachrichtung Medizintechnik.
Desweiteren bestehen wissenschaftliche Kooperationen mit Wissenschaftlern am Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ).

Forschungsförderung
1. Karin-Nolte Stiftung 08/2004-12/2006
2. Karin-Nolte Stiftung 01/2008-01/2009

Veröffentlichungen