Translationale molekulare Bildgebung und Theranostik

Abteilung für Nuklearmedizin und Klinische Bildgebung

Der Forschungsschwerpunkt der Abteilung Nuklearmedizin und klinische Molekulare Bildgebung liegt in der Theranostik welcher mithilfe von translationaler Forschung, einem interdisziplinären Austausch von Chemikern, Physikern, Biologen und Ärzten, sowie fortschrittlichster Bildgebungstechnologien und Methodik ermöglicht wird.

Aktuelle Projekte

Ganzkörper PET Aufnahme mittels mehrfacher sequentiellen Bettpositionen, bedingt durch das limitierte axiale Gesichtsfeld konventioneller Ganzkörper (whole-body (WB)) PET Scanner. Der Biograph Vision Quadra total-body (TB) PET Scanner ermöglich erstmals die simultane Aufnahme mithilfe nur einer einzigen Bettposition.

Total-Body PET

Die AG um Dr. Fabian Schmidt leistet Pionierarbeit auf dem Gebiet der Total-Body (TB) Positronen-Emissions-Tomographie (PET) mit dem ersten TB-PET/CT-Scanner an einer Universitätsklinik in Deutschland. Die erweiterte axiale Abdeckung dieser neuen Technologie erhöht die Sensitivität um den Faktor 20 im Vergleich zu Standard-Ganzkörperscannern. Dies ermöglicht ein enormes Potential zur Dosisreduktion, zur ultraspäten Bildgebung und zur ganzheitlichen Beurteilung von Ganzkörper-Interaktionen. Der Fokus dieser AG ist es, das volle Potenzial der TB-PET-Bildgebung für eine bessere Patientenversorgung auszuschöpfen, indem verschiedene innovative Methoden entwickelt werden anhand von Patientendaten, Phantomexperimenten und Monte Carlo Simulationen.

Translationale Immunbildgebung und Theranostik

Komplexe molekulare und zelluläre Prozesse entscheiden über Erfolg und Misserfolg von Krebstherapien. Innovative molekulare Bildgebung kann helfen die biologischen Prozesse im Tumor und dessen Umgebung zu verstehen und die Steuerung von Krebstherapien entscheidend zu verbessern. Daher entwickelt die Arbeitsgruppe um PD Dr. Johhannes Schwenck neue Tracer für die PET Bildgebung, evaluieren diese in präklinischen Experimenten und überführen die erfolgreichen Konzepte in erste prospektive klinische Studien.

Unsere Schwerpunkte liegen dabei auf der nicht invasiven Untersuchung von Immunzellen, welche gegen den Tumor gerichtet sind, der Charakterisierung therapeutisch nutzbarer Oberflächenmarkern für z.B. Radiopeptid- oder Antikörpertherapien (Theranostik), sowie auf der Erforschung von Zellstressreaktion wie der Tumorseneszenz, die den Erfolg vieler Krebstherapien entscheidend beeinflussen.

Fallbeispiel einer PET Aufnahme, Cluster-Segmentierungen und IHC aller untersuchten Tumorgruppen. Es zeigte sich eine signifikante Reduktion des Tumorvolumens in der kombinierten Therapiegruppe im Vergleich zu allen anderen Gruppen. Darüber hinaus sind die Signalintensität und das Muster des Tracer Uptakes visuell zu erkennen. In der mittleren Spalte sind die GMM-generierten ROIs dargestellt, die vom Algorithmus jeweils automatisch an das Volumen des Tumors angepasst werden. Die IHC zeigt in der rechten Spalte die CD206-Expressionsmuster, die an den Rändern des Tumors eine erhöhte Aufnahme zeigen.

Machine Learning basierende Bildanalyse des Tumor-Mikroenvironment

Das Tumor-Mikroenviroment ist ein komplexes System, das in vivo nicht-invasiv mit PET/MRI untersucht werden kann. In den letzten Jahren wurden Antikörperfragmente und kleine Moleküle entwickelt, um das immune Tumor-Mikroenviroment zu analysieren. Der AG um Dr. Salvador Castaneda fokusiert sich hierbei auf die Umsetzung einer computergestützten Bildanalyse, um die Verteilungsmuster dieser bildgebenden Tracer im Tumor zu bewerten.

Bildgebung der Tumormikroumgebung

Einer der aktuellen Schwerpunkte, ist die Entdeckung von bildgebenden Biomarkern im Tumormikromilieu mittels PET/MRT. Dabei werden klinische Bildsignaturen des Tumormikromilieu ausgewertet und auf Tiertumormodelle übertragen. Die Identifizierung dieser wichtigen Bildsignaturen kann dabei helfen, Tumorbereiche zu identifizieren, die gegen klinische Behandlungen resistent sind. Durch die Nutzung präklinischer Bildgebung und die Anwendung maschinellen Lernens zur Übertragung von Daten von der Makro- auf die Mikroskala über Spezies hinweg zielt unsere Forschung darauf ab, kritische Aspekte im Tumormikromilieu von Patienten aufzudecken, die zellulär und molekular durch Tiermodelle erklärt werden können, und gleichzeitig die Überlebensraten der Patienten zu verbessern und die Behandlungsmöglichkeiten in der Klinik zu erweitern.