Krebserkennung durch radioaktive Isotope: Möglichkeiten der Nuklearmedizin
Die frühzeitige und präzise Erkennung von Tumoren ist eine der Aufgaben der Radiologie und der Nuklearmedizin als deren Teilgebiet der Radiologie. Die Nuklearmedizin nutzt gezielt chemische Elemente mit radioaktiven Isotopen, um auf deren Basis indikationssensitive diagnostische Methoden zu entwickeln.
Im Rahmen der nuklearmedizinischen Untersuchungen wird dem Patienten das Isotop verabreicht und nach dem Ablaufen der Verteilungszeit Aufnahmen mit einer Gammakamera angefertigt. Die Bilder zeigen die Verteilungsmuster der Isotope und lassen in Kombination mit anatomischen Aufnahmen mittels Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT) eine Befundung verschiedener Pathologien zu.
Was sind radioaktive Isotope?
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Isotope sind verschiedene Atomarten desselben chemischen Elements, jedoch mit einer anderen Anzahl an Neutronen.
- Viele Elemente bilden in der Natur stabile Isotope.
- Instabile Isotope sind schwach radioaktiv und lassen sich für medizinische Zwecke künstlich herstellen.
Isotope sind Atomarten eines chemischen Elements, die zwar alle die gleiche Anzahl Elektronen in der Hülle und Protonen im Kern aufweisen, sich aber in der Verteilung der Neutronen unterscheiden. Beispiel Sauerstoff: Das Element mit der Ordnungszahl im Periodensystem der Elemente (PSE) kommt mit mehreren Isotopen vor. Besonders häufig sind die stabilen Varianten 16O bis 18O.
Daneben existieren aber auch verschiedene instabile Sauerstoffisotope – insgesamt 13. Instabil bedeutet, dass die Isotope zerfallen und dabei Strahlung aussenden. Für viele Elemente kommen diese instabilen Vertreter nicht natürlich vor, sondern werden im Labor hergestellt. Der Vorteil instabiler Isotope: Sie zerfallen häufig sehr schnell (haben eine geringe Halbwertszeit) und führen daher zu keiner starken Anreicherung im Gewebe des menschlichen Körpers. Die Strahlung reicht aber aus, um mit den Gammakameras detektiert zu werden.
Radioaktive Isotope in der Medizin
Durch die Bindung radioaktiver Isotope an verschiedene Moleküle macht sich die Medizin die Möglichkeit zunutze, auch schwache Strahlung mit besonders sensitiven Kameras aufzunehmen. Dabei werden in einem Molekül einzelne Strukturelemente – wie beispielsweise die Hydroxygruppe (OH-Gruppe) – durch die Isotope ersetzt.
Anschließend wird das so markierte Molekül in den Körper des Patienten eingebracht und dessen Verteilungsmuster aufgenommen. Welche Moleküle radioaktiv markiert werden (die dabei entstehenden Verbindungen werden auch als Radiotracer bezeichnet), richtet sich nach der Fragestellung bzw. dem untersuchten Organkomplex.
Beispielsweise wird FDG (Fluordesoxyglucose oder 2-Fluor-2-desoxy-D-glucose) zur Tumorsuche in der PET-CT-Untersuchung eingesetzt. FDG ist ein sogenanntes „Mimetika“, welches sich an den Glucoserezeptor bindet und eine zelluläre Reaktion auslöst. Bei seiner Herstellung wird eine OH-Gruppe gegen ein 18F-Atom (radioaktives Flour-Isotop) ausgetauscht.
Da Krebszellen gegenüber gesunden Zellen einen höheren Zuckerbedarf haben, binden diese das FDG-Molekül stärker und erscheinen daher in der PET-Aufnahme (Positronen-Emissions-Tomographie) als besonders aktive Zone. Um die strukturellen Parameter besser abschätzen zu können, wird die Untersuchung mit einem CT-Scan kombiniert.
Welche Vorteile haben die Isotope in der Nuklearmedizin?
Die auf Isotope gestützte nuklearmedizinische Bildgebung bringt einige entscheidende Vorteile gegenüber anderen radiologischen Untersuchungen mit. So bilden beispielsweise die Mammographie oder die Kardio-CT zwar die Anatomie der untersuchten Organe ab, liefern aber keine Hinweise auf funktionelle Parameter.
Anders verhält es sich bei der Nuklearmedizin, die mithilfe radioaktiver Tracer durch deren Anreicherung Rückschlüsse auf den Stoffwechsel ermöglicht. Neben der Identifikation von Tumoren (etwa durch die FDG-Aufnahme) ist es mit der Hirnszintigraphie möglich, über Radiotracer Aktivitätsdefizite im Gehirn aufzuzeigen. Die Untersuchung lässt nicht nur Rückschlüsse auf das Vorliegen einer Demenzerkrankung zu, es kann auch deren Differenzierung vorgenommen werden. Und über den DaTSCAN lassen sich Informationen zu anderen neurodegenerativen Erkrankungen gewinnen.
Die Kombination aus anatomischen Aufnahmen und funktioneller Diagnostik erlaubt präzise Lokalisierungen und eine Feststellung der Ausbreitung. Liegen Bilder unterschiedlicher Aufnahmezeitpunkte vor, lässt sich die Ausdehnungsdynamik von Tumoren bestimmen. Damit sind die Verfahren nicht nur für die Therapieplanung von Bedeutung, sondern liefern auch wichtige Hinweise für das Ansprechen auf eine eingeleitete Therapie.
Grenzen und Herausforderungen
Den Vorteilen radioaktiver Isotope stehen einige Einschränkungen gegenüber. Auf der einen Seite dürfen die nuklearmedizinischen Verfahren bei einigen Kontraindikationen wie Schwangerschaft nicht eingesetzt werden. Auf der anderen Seite hat die nuklearmedizinische Diagnostik Grenzen hinsichtlich der räumlichen Auflösung einer sehr kleinen Raumforderung.
Zudem muss das Radiopharmakon immer auf das untersuchte Organ/den Tumor angepasst werden, wirkt also nicht multiparametrisch. Hinzu kommt, dass die teilweise sehr kurzen Zerfallszeiten den praktischen Einsatz einzelner Isotope anspruchsvoll gestalten.
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Einige Anwendungen mit radioaktiven Isotopen
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Radioaktive Isotope lassen sich an verschiedene Moleküle/Stoffe binden.
- Nach dem Verabreichen der Radiotracer verteilen sich diese und binden sich an verschiedene Zellen.
- Die Verteilungsmuster der Radiotracer lassen Tumore und andere Erkrankungen erkennen.
Die Nuklearmedizin nutzt Bildgebungsverfahren wie die PET-CT- und SPECT-Untersuchungen, um Informationen über verschiedene Pathologien zu gewinnen. Beide bieten sich sowohl in der Erstdiagnostik als auch für die Therapie- und Verlaufskontrolle an. Die eingesetzten Radiotracer zeigen eine hohe Spezifität für die Erkennung verschiedener Tumorerkrankungen.
- Prostatakrebs: Bei Prostatakrebs hat sich die PSMA-PET/CT (Prostate-Specific Membrane Antigen) als effektiv erwiesen. Der Tracer bindet sich spezifisch an Prostatakrebszellen und erlaubt so die Lokalisierung des Tumors sowie möglicherweise bereits bestehender Metastasen.
- Neuroendokrine Tumore: Durch die Verwendung von Tracern, die sich an Neurorezeptoren (Somatostatinrezeptor) binden, kann die Nuklearmedizin neuroendokrine Tumore aufspüren. Diese produzieren Hormone, sind aber kein Drüsengewebe im eigentlichen Sinn.
- Schilddrüsenkrebs: In der Diagnostik des Schilddrüsenkrebses spielt die Schilddrüsenszintigraphie mit radioaktivem Jod eine zentrale Rolle. Die Untersuchung macht sich zunutze, dass die Schilddrüse als einziges Organ Jod aufnimmt.
Fazit: Mithilfe von Isotopen liefern nuklearmedizinische Untersuchungen wichtige Informationen
Radioaktive Isotope eröffnen der Nuklearmedizin umfassende und präzise diagnostische Möglichkeiten zur Erkennung von Krebs und anderen Pathologien. Der große Vorteil liegt darin, dass es mithilfe von Isotopen möglich ist, funktionelle/metabolische Informationen zu erlangen. Zusammen mit der anatomischen Bildgebung und den Ergebnissen anderer Untersuchungen lassen sich schwerwiegende Erkrankungen mitunter schon frühzeitig erkennen, sodass passende Therapien umgehend eingeleitet werden können.
FAQ zur Krebserkennung mit radioaktiven Isotopen: Die wichtigsten Fragen und Antworten
Ist die Nuklearmedizin besser als die Radiologie?
Die Verfahren beider Bereiche ergänzen sich im medizinischen Alltag. Nuklearmedizinische Untersuchungen sind in der Regel vorteilhaft, wenn sich Stoffwechselveränderungen schon deutlich vor einer Gewebeveränderung zeigen. Auf der anderen Seite ist die geringe Auflösung in der Bildgebung ein Nachteil vieler Untersuchungen der Nuklearmedizin.
Warum darf bei Schwangerschaft keine nuklearmedizinische Untersuchung durchgeführt werden?
Dass Schwangerschaft eine absolute Kontraindikation darstellt, ist dem Schutz des ungeborenen Kindes geschuldet. Auf diese Weise soll verhindert werden, dass Teile des Radiotracers die Schranke zwischen Mutter und Fötus überwinden.
Besteht für mich ein hohes Strahlenrisiko bei einer nuklearmedizinischen Untersuchung?
Grundsätzlich sind Patienten beim Einsatz von Radiotracern radioaktiver Strahlung ausgesetzt. Allerdings ist diese in der Regel schwach. Zudem baut sich das Radiopharmakon innerhalb kurzer Zeit – einigen Stunden bis wenigen Tagen – wieder ab.
