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Bolusinfusionsschema zur Einstellung eines stationären [11C]Flumazenil-Spiegels in der grauen Substanz für die Neurorezeptor-Bildgebung

7. August 2020

Jörg Mauler, Alexander Heinzel, Andreas Matusch, Hans Herzog, Irene Neuner, Jürgen Scheins, Christine Wyss, Jürgen Dammers, Markus Lang, Johannes Ermert, Bernd Neumaier, Karl-Josef Langen, N. Jon Shah

Durch die Kombination von Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Magnetresonanztomographie (MRT) ist es bei der Bildgebung des Gehirns möglich geworden, stimulationsbedingte Veränderungen der Ligandenbindung an Neurorezeptoren zu untersuchen und gleichzeitig die neurologische Aktivierung oder den Blutfluss zu messen. Auf der Grundlage dieser Informationen können Forscher und Ärzte eine Reihe von neurologischen Veränderungen bei und - idealerweise - im Vorfeld von Erkrankungen bestimmen und beurteilen, beispielsweise die Bindung chemischer Botenstoffe an GABA-Rezeptoren unter visuell-emotionaler Stimulation bei depressiven Patienten. Gleichzeitig können das Ausmaß und der Ort der damit verbundenen reduzierten / verstärkten neurologischen Aktivität im Gehirn beobachtet werden.

Im PET-Teil der Untersuchung wird dem Patienten oder Probanden ein Radiotracer injiziert. Dieser wird als Bolus verabreicht, gefolgt von einer kontinuierlichen Infusion zur Erhaltung der anfänglichen Konzentration. Sobald der Radiotracer einen stationären Zustand erreicht hat, ist es möglich, Veränderungen in der Ligand-zu-Neurorezeptor-Bindung durch Veränderungen der Verteilungsvolumina zu beobachten. Um die Strahlendosis für die Versuchsperson zu minimieren und gleichzeitig die auswertbare Messzeit zu maximieren, muss dieser Gleichgewichtszustand unbedingt so schnell wie möglich erreicht werden. Bisherige Ansätze dazu waren jedoch kompliziert und erforderten zusätzliche Probanden.

In der veröffentlichten Studie wird ein iteratives Verfahren zur Etablierung eines Verabreichungsschemas zur Erzielung stationärer [11C]Flumazenil-Konzentrationen in der grauen Substanz im menschlichen Gehirn vorgestellt. Um in möglichst kurzer Zeit einen stationären Zustand zu erreichen, wurde das Verhältnis von Bolus-zu-Infusion aus einer früheren Untersuchung an die nachfolgende Untersuchung angepasst. Die Studie basierte auf einer Kohorte von 17 männlichen Probanden. Den Probanden wurden Boli und Infusionen mit variierender Gewichtung verabreicht, deren kbol-Werte im Bereich von 42 min bis 74 min lagen. Zur Bestimmung der Konzentration von nicht metabolisiertem Flumazenil im Plasma wurde eine Metabolitenanalyse durchgeführt, und zur Beurteilung der Bindung in der grauen Substanz wurde die PET-Bildgebung eingesetzt. Die Flumazenil-Zeit-Aktivitätskurven im Gehirn wurden in Aktivitätsbeiträge aus reiner grauer und weißer Substanz zerlegt und in 12 relevanten anatomischen Bereichen (Volumes of interest, VOI) analysiert.

Obwohl die Kurven eine große Variabilität der Stoffwechselraten zwischen den Probanden aufzeigten, erwies sich der kbol-Wert von 54,3 min als zuverlässiger Wert, um in der Mehrzahl der VOIs und Fälle Flumazenil-Gleichgewichtsbedingungen zu schaffen. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Studie wird erwartet, dass die Methode auf weitere Ligand-Neurorezeptor-Systeme angewendet werden wird und die Anzahl an benötigten Probanden reduzieren helfen wird.

Originalpublikation:

Bolus infusion scheme for the adjustment of steady state [11C]Flumazenil levels in the grey matter and in the blood plasma for neuroreceptor imaging


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