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Neues PET-Zentrum für die Hirnforschung

Auf dem Jülicher Campus entsteht derzeit ein neues PET-Zentrum für die Hirnforschung. Hier untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Struktur und Funktion des gesunden und des erkrankten menschlichen Gehirns und entwickeln Diagnoseverfahren und Therapien für neurologische und psychiatrische Erkrankungen. Dafür verwenden sie neueste Verfahren und Techniken im Bereich der Bildgebung sowie der Herstellung und Anwendung hochspezifischer Radiopharmaka und Kontrastmittel. Das neue PET-Zentrum setzt die seit über 30 Jahren erfolgreiche PET-Forschung in Jülich fort und konzentriert sich auf die neurowissenschaftliche Grundlagenforschung und insbesondere den Transfer von aktuellen Forschungsergebnissen in die klinische Praxis. Das PET-Zentrum ist ein wichtiger neuer Baustein der Jülicher Hirnforschung, in welchem auf drei Etagen Forschung und Anwendung vereint und die Schlüsselkompetenzen des Forschungszentrums im Bereich der medizinischen Bildgebung und der pharmazeutischen Radiochemie gebündelt werden.

Die Architektur des PET-Zentrums folgt mit seinen drei Ebenen den Funktionen der dort durchgeführten Forschung: entwickeln, testen, anwenden. Im Untergeschoss entwickeln und modifizieren Forscher Radiotracer, im Erdgeschoss finden vorklinische Studien zur Testung der Anwendungssicherheit von diagnostischen und therapeutischen Wirkstoffen statt, im klinischen Trakt im ersten Obergeschoss kommen die Substanzen im Rahmen klinischer Prüfungen an Probanden und Patienten zur Anwendung. Bei allen Prozessschritten und Untersuchungen werden höchste Qualitäts- und Sicherheitsstandards durch die Anwendung der Richtlinien zur Good Manufacturing bzw. Medical Practice (GMP) gewährleistet.

Entwicklung von Radiotracern (Ebene 1)

Im Untergeschoss werden sogenannte Radiotracer – kurzlebige radioaktiv markierte Moleküle – produziert, die für die Erforschung, Diagnose und Behandlung von Erkrankungen des Gehirns erforderlich sind. Mit Hilfe dieser "Kundschaftermoleküle" lassen sich Medikamente oder andere Substanzen durch verschiedene Verfahren millimetergenau im Gehirn eines Patienten orten. Bei der Verwendung in der Positronenemissionstomografie (PET) zum Beispiel, machen sie Stoffwechselvorgänge im Gehirn sichtbar. Forscher können so quantitativ erfassen, wo Pharmazeutika wirken, wohin Botenstoffe im Gehirn wandern, können aber auch Tumorwachstum und krankhafte Ablagerungen im Gehirn verfolgen.

Zum Einsatz kommen immer nur sehr geringe Mengen radioaktiv markierter Substanzen mit sehr kurzer Halbwertszeit von einigen Minuten bis wenigen Stunden. Die Strahlenexposition einer reinen PET-Untersuchung ist vergleichbar mit der von Röntgenuntersuchungen - etwa zwei- bis dreimal so hoch wie die Strahlenbelastung, der Menschen jedes Jahr durch natürliche Radioaktivität ausgesetzt sind.

Das Forschungszentrum produziert die Radiotracer selbst unter Einsatz kurzlebiger Radionuklide, die an einem eigens hierfür neu installierten Zyklotron im PET-Zentrum erzeugt werden. Die räumliche Nähe eines Zyklotrons zum Behandlungsort für Patienten ist insbesondere beim Einsatz von Radiotracern mit einer Halbwertszeit von einer Stunde und weniger entscheidend. Denn solche können nicht über weitere Strecken transportiert werden.

Die Experten der Jülicher Nuklearchemie des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin (INM-5) stellen nicht nur Radiotracer her, sondern entwickeln auch neue. So wurde bereits vor rund 25 Jahren in Jülich ein bahnbrechendes Syntheseverfahren für einen der wichtigsten PET-Marker (18FDG – Fluor-deoxyglucose) erfunden und patentiert. Davon profitieren heute weltweit jährlich rund 2 Millionen Patienten. 2009 ist den Jülicher Wissenschaftlern wiederum ein Durchbruch bei der Herstellung einer wichtigen Substanz (18Fluor-Dopa) gelungen, welche sowohl für die Diagnostik der Parkinsonschen Krankheit, bei Patienten mit Hirntumoren als auch für die Suche nach bestimmten Tumoren im Körper eingesetzt werden kann. Auch Partner aus der Industrie lassen ihre Medikamente und deren Wirkweise mit ihren Methoden in Jülich markieren, testen und weiterentwickeln.

weitere Informationen zu diesem Bereich

Radionuklidentwicklung (INM-5)

Radiopharmakologie (INM-5)

Radiotracerentwicklung (INM-5)

Radiotracerherstellung (INM-5)

Vorklinische Studien (Ebene 2)

Im Erdgeschoss des Zentrums werden in Zukunft die neuen Substanzen in vorklinischen Studien untersucht. Die sog. "Präklinische Evaluationsplattform", die hier untergebracht ist, wird vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Molekulare Organisation des Gehirns (INM-2) betrieben. Die Wissenschaftler führen in dieser Abteilung Untersuchungen zur Sicherheit der neuen Wirkstoffe durch, indem sie deren Verteilung im Körper, die gegebenenfalls resultierende Strahlenbelastung, die erforderliche Dosis sowie die Verstoffwechselung (Metabolisation) der Arzneimittelkandidaten untersuchen. Ein Teil dieser Untersuchungen ist aufgrund der gesetzlichen Vorgaben im Arzneimittelgesetz sowie einschlägigen Europäischen und nationalen Richtlinien vor dem Einsatz neuer Substanzen am Menschen vorgeschrieben. Erst wenn die sichere Anwendung und die gesundheitliche Unbedenklichkeit geprüft und erwiesen ist, können die weiteren Schritte zur Durchführung einer klinischen Studie am Menschen unternommen werden.
Diese Ebene ist daher unter anderem mit Spezialbildgebungsgeräten für Kleintiere ausgestattet: einem 7-Tesla-Magnetresonanztomografen (MRT) und einem kombinierten PET-Computertomographen (PET-CT). Diese Geräte erlauben es, nicht-invasive Gehirnuntersuchungen an Tieren unter gleichen Bedingungen durchzuführen, wie die im Erfolgsfall später geplanten Untersuchungen an Probanden und Patienten. Die direkte methodische Vergleichbarkeit gewährleistet eine exzellente Übertragbarkeit auf den Menschen. Die schonende Art der Messungen stellt zudem einen innovativen und schonenden Weg zur Durchführung der vorgeschriebenen Experimente in der Arzneimittelforschung dar.

Die Präklinische Evaluationsplattform stellt zugleich einen wesentlichen Baustein in der 2012 gestarteten Wirkstoffforschungsinitiative der Helmholtz-Gemeinschaft dar und steht sechs weiteren Helmholtz-Zentren zur Austestung neuer Arzneimittelkandidaten zur Verfügung.

weitere Informationen zu diesem Bereich

Kleintierbildgebungslabor (INM-2)

Autoradiographie (INM-2)

Pharmakokinetische Modellierung (INM-2)

Klinischer Trakt mit Bettenstation (Ebene 3)

Im Obergeschoss des PET-Zentrums entsteht ein hochmoderner klinischer Trakt für die Untersuchung von Probanden sowie die Diagnostik und Therapie von Patienten. Diese Abteilung ist mit einem 3-Tesla-Magnetresonanztomographen (MRT) und einem kombinierten PET-Computertomographen (PET-CT) der jüngsten Generation ausgestattet. In diesem Trakt finden die für die Arzneimittelentwicklung vorgeschriebenen mehrstufigen Untersuchungen zur Überprüfung der Sicherheit und Wirksamkeit neuer Arzneimittelkandidaten statt (sogenannte Klinische Prüfungen der Phasen 1 bis 3). Darüber hinaus bietet die Abteilung ideale Voraussetzungen für die Durchführung von experimentellen Studien an Probanden, welche vom Institut für Neurowissenschaften und Medizin zusammen mit seinen wissenschaftlichen und klinischen Partnern im Rahmen des Jülicher Hirnforschungsschwerpunktes unternommen werden.

Auch industrielle Kooperationspartner sind willkommen, die innovative Methoden der Bildgebung als integralen Bestandteil ihrer Arzneimittelprüfung nutzen möchten. Dies kann Teilaspekte wie etwa die Dosisfindung betreffen, aber auch grundlegende Fragen wie die der molekularen Zielgenauigkeit, z. B. bei neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen.

weitere Informationen zu diesem Bereich

PET: Positronen-Emissions-Tomographie (INM-2)

MRT: Magnetresonanz-Tomographie (INM-2)

EEG: Elektroenzephalographie (INM-2)

Kooperationen

Die Klinische Abteilung steht allen Partnerinstituten des INM für Forschungsprojekte offen. Kooperationen des Jülicher Instituts für Neurowissenschaften und Medizin umfassen unter anderem zahlreiche klinische Studien, die insbesondere mit den umliegenden Universitätskliniken in Aachen, Bonn, Köln und Düsseldorf durchgeführt werden, darunter zum Beispiel die Entwicklung eines Hirntumor-Diagnostikums mit der Universitätsklinik Aachen oder Forschungsarbeiten zur Diagnostik der Multiplen Sklerose mit der Universitätsklinik Düsseldorf.

Im Bereich der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung wird die neue Infrastruktur eine Intensivierung der bestehenden Forschungskooperation mit der Harvard Medical School in Boston ermöglichen, welche sich den grundlegenden Mechanismen der Steuerung der Schlaf-Wach-Regulation sowie deren Störungen bei ZNS-Erkrankungen widmet.


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