Abteilung Nuklearmedizin

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1 Abteilung Nuklearmedizin Direktor: Prof. Dr. med. Wolfram H. Knapp Forschungsprofil Übergreifender Forschungsschwerpunkt der Klinik für Nuklearmedizin ist die Entwicklung von Diagnostik- und Therapieverfahren mit Radionukliden, die durch molekulare Kopplung an zelluläre Strukturen gebunden werden. Solche Strukturen können Ausdruck krankhafter Veränderungen sein (z.b. Tumorzellen) oder eine Rolle bei wichtigen physiologischen Abläufen spielen (z.b. Neurorezeptoren). Mit diesem Forschungsschwerpunkt sind mehrere Entwicklungslinien verbunden: Produktion von Radionukliden: Die Klinik hat mit der Möglichkeit, den für die Radionuklidtherapie vielversprechenden Alphastrahler At-211 mit Hilfe des 35-MeV-Zyklotrons herzustellen, eine Alleinstellung in Deutschland. Das Produktionsverfahren wird weiterentwickelt, um die Voraussetzungen für eigene Forschungsarbeiten und die anderer Zentren in Deutschland zu ermöglichen. Synthese und Markierung neuer Liganden: Radiopeptide für Diagnostik und Therapie, Antikörpermarkierungen mit Therapienukliden, Dotierung von Aminosäuren mit Therapienukliden, Synthese und Markierung von Rezeptorliganden für die Neurowissenschaften. Untersuchung kinetischer Parameter neuer Radioliganden an Zellkultur und im Tiermodell. Präklinische und klinische Untersuchungen mit neuen Radioliganden im Heilversuch und in Studien. Ausgewähltes Forschungsprojekt Entwicklung Alphastrahler-dotierter antineoplastischer Antikörper Synthese und biologische Charakterisierung von mit At-211 markierten Antikörpern. Die Radioimmuntherapie verbindet das hohe cytotoxische Potential der Bestrahlung mit den Möglichkeiten der systemischen Behandlung durch Tumorzell-spezifische Antikörper. Das Konzept der Radioimmuntherapie ist von besonderem Interesse für die hämatologische Onkologie. Inwieweit es gelingt, die Tumorzellen selektiv zu schädigen, hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Von zentraler Bedeutung sind Spezifität der Bindung des Antikörpers an den jeweiligen neoplastischen Zelltyp, zeitabhängige Biodistribution (nach intravenöser Applikation), Reichweite der vom Radionuklid ausgehenden Strahlung. Alphastrahler sind eine besonders vielversprechende Untergruppe von Radionukliden. Die von diesen Nukliden ausgehende Strahlung überträgt eine sehr hohe Energie auf kürzestem Wege, d.h. mit einer Reichweite von ganz wenigen Zelldurchmessern. Leider gibt es nur wenige Alpha-Radionuklide, deren sonstige physikalische Eigenschaften für die Radioimmuntherapie in Betracht kommen. Das mit Forschungsbericht

2 Abstand attraktivste Alpha-Radionuklid ist Astat-211 (211At). Es hat eine Halbwertzeit von 7,2 h, eine Zeitspanne, innerhalb der eine weitgehend stabile Biodistribution der Antikörper angenommen werden kann. Die mittlere Energie der Alphapartikel liegt bei 6,8 MeV, die mittlere Weglänge im Gewebe bei µm. Der sich aus diesen Daten ergebende hohe lineare Energietransfer ist mit einer hohen Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung von DNA-Doppelstrangbrüchen verbunden. Zusätzlich führt die hohe Ionisationsdichte entlang der Bahn eines Alphapartikels zur Bildung einer Vielzahl von Radikalen, die die Reparationsmechanismen der Zellen außer Kraft setzen. Dadurch ist die Rate von Zellen, die durch Bestrahlung mit At-211 zerstört werden, wesentlich höher als durch direkte Treffer der Alphapartikel zu erklären. Relevante Bindungsstellen für Antikörper auf Zellen hämatologischer Neoplasien sind z.b. CD20 und CD33 (Lymphome, Leukämien). Für diese Bindungsstellen gibt es für die Therapie zugelassene Antikörper: Rituximab (Mabthera ) für das CD20-Antigen, das auf > 95 % aller B-Zell-Lymphome exprimiert ist, und Mylotarg, das aus einer Verbindung des Antikörpers Gemtuzumab mit dem Antibiotikum Ozogamicin besteht und in dieser Verbindung cytotoxisch auf CD33-exprimierende Leukämiezellen wirkt. Abb. 1a c: Zellgebundene Aktivität der At-211-dotierten Antikörper (Zellen mit Expression des jeweiligen Antigens und Kontrollzellen) Im Berichtszeitraum wurden folgende Fragestellungen untersucht: Ist eine ausreichende Stabilität der Kopplung von At-211 an Antikörper zu erreichen? Bleiben die Verbindungen unter physiologischen Verhältnissen stabil? Bleibt die zellspezifische Bindungsfähigkeit der Antikörper trotz der Kopplung des großen Atoms At erhalten? Kommt es zu atypischen Akkumulationen der konjugierten Antikörper in kritischen Organen? At-211 wurde mit dem klinikeigenen Zyklotron durch eine Bi-209 (, 2n) At-211-Reaktion produziert und in die reaktive Form 3-(At-211)-Succinimidylbenzoat (SAB) überführt. Für die Zellexperimente wurden HL-60 (Leukämiemodell) und CI-1 (B-Zell-Lymphom-Modell) verwendet. Neben den o.g. Antikörpern Rituximab und Gemtuzumab Ozogamicin (GO) wurde auch Gemtuzumab als reiner Antikörper (nicht zugelassen, da ohne Ozogamicin nicht cytotoxisch) mit At-211 markiert. Die Markierungsausbeuten der Antikörper lagen nach Reinigung bei 30 +/- 15 % (Rituximab) bzw. bei 25 +/- 10 % (Gemtuzumab und GO). Die Stabilität aller At-dotierter Antikörper wurde Gelelektrophoretisch über 21 h (3 Halbwertzeiten) im Mausserum bestimmt. Über 85 % lagen in intakter Form vor. Die maximale Bindung der At-211-dotierten Antikörper an die Zellen wurde nach min 382 Forschungsbericht 2006

3 erreicht. Die Spezifität der Bindung von At-211-dotierten Antikörpern für die Bindung an die jeweiligen Antigen-exprimierenden Zelllinien wurde getestet, indem die nicht-exprimierenden Zellen als Kontrolle hinzugezogen wurden (Abb. 1 a c). Die Abbildungen zeigen, daß die unspezifische Bindung extrem gering ist und daß die Bindung an die jeweilige Zelllinie mit dem entsprechenden Antigen durch Überschuß von kaltem Antikörper blockiert wird. Inhibitions-Coeffizienten (IC50) wurden aus der Bildung entsprechender linearer Regressionen bestimmt (Abb. 2 a c). Abb. 2a-c: Eadie-Hofstee-Plot: Bestimmung des IC50 aus der linearen Regression der Inhibitionskurven für die drei At- 211-dotierten Antikörper Abb. 3: Die Organverteilung zeigt, dass keine atypische Retention des At-211-Antikörpers in der Leber und nur eine geringe Akkumulation in der Schilddrüse (Hals) als freies Astatid erfolgt. Die IC50-Werte betrugen 11 nmol/l für Rituximab, 3 nmol/l für Gemtuzumab und 4 nmol/l für GO. Die Untersuchung der Biodistribution nach i.v. Injektion in der Maus ergab keine atypische Retention in kritischen Organen bzw. keinen Anhalt für eine signifikante Freisetzung von [At-211]Astatid (Abb. 3). Mit den IC50-Werten in einer Größenordnung von nur wenigen nmol/l wurde verifiziert, daß alle markierten Antikörper trotz der Dotierung mit dem großen At-Atom eine hohe Affinität zu den entsprechenden Zelllinien behalten haben. Da die HL-60-Zellen eine geringere Zahl von CD33-Bindungsstellen aufweisen (etwa /Zelle), während die Zahl der CD20-Bindungsstellen auf CI-1-Zellen bei > /Zelle liegt, war die absolute Zahl gebundener At-211-Antikörper im Fall der HL-60-Zellen geringer. Modellrechnungen auf dieser Grundlage und der spezifischen Aktivität, die zur Verfügung Forschungsbericht

4 stand, ergaben, daß durchschnittlich 1.7 At-211-Atome an jede HL-60-Zelle gebunden wird (16,7 At- 211-Atome an CI-1-Zellen). Damit kann eine cytotoxische Ionisationsdichte erreicht werden. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, daß At-211-dotierte Antikörper auch unter physiologischen Bedingungen ausreichend stabil sind und daß sie trotz der Dotierung mit einem großen Atom ihre Affinität und Bindungsspezifität im Hinblick auf die Antigen-positiven Zellen bewahren. Aufgrund dieser Ergebnisse ist die Fortführung der präklinischen Evaluation At-211-dotierter Antikörper für die Alpha-Radioimmuntherapie aussichtsreich. Projektleiter: Prof. Dr. rer. nat. Geerd-J. Meyer, Almut Walte, Pharm., Siva Sriyapureddy M.Sc. Prof. Dr. med W.H. Knapp, Klinik für Nuklearmedizin der MHH, Dr. med Oliver Bolte, Prof. Dr. med A. Ganser Abteilung für Hämatologie, Hämostaseologie und Onkologie der MHH. Förderung: Deutsche José Carreras Leukämie Stiftung. Weitere Forschungsprojekte (mit Förderung) Untersuchung der Regeneration von Lymphgefäßen und lymphoplastischem Gewebe durch autologe Lymphknotentransplantation mit SPECT/CT Projektleiter: K.-F. Gratz, R. Pabst, (Funktionelle und angewandte Anatomie MHH) C. Radtke, K. Blum (Plastische, Hand- und Wiederherstellungschirurgie MHH); Förderung: Niedersächsische Krebsstiftung und die Jürgen Manchot Stiftung Markierung von Aminosäuren, Peptiden und Antikörpern mit dem Radioelement Astat-211 Projektleiter: G.-J. Meyer, J. Steinbach, (IIF Leipzig); Förderung: QSA-Global, Braunschweig Multizentrische Phase I/II Studie zum Einsatz einer Radioimmuntherapie mit 90Y- Ibritumomab Tiuxetan mit einem dosisreduzierten Konditionierungsregime zur allogenen hämatopoetischen Zell-Transplantation (HTC) von HLA-identischen Spendern bei Patienten mit fortgeschrittenem Non-Hodgkin Lymphom Projektleiter: A. Moor, W.H. Knapp, A. Ganser (Hämato-Onkologie MHH); Förderung: Schering, Berlin. Dosiseskalation von Zevalin und zeitnahe Applikation der Hochdosischemotherapie BEAM gefolgt von autologer Stammzelltranspaltation zur Behandlung von refraktären und rezidivierten agressiven Non-Hodgkin Lymphomen Projektleiter: A. Moor, W.H. Knapp, A. Ganser (Hämato-Onkologie MHH); Förderung: Schering, Berlin. Untersuchungen der Serotonin-Tranporter-Bindung mittel [123I]ADAM-SPECT bei Patienten mit Tourette-Syndrom und Zwangserkrankungen vor und während der Behandlung mit einem selektiven Serotonin-Wiederaufnahme Hemmer Projektleiter: G. Berding, K. Weissenborn, (Neurologie MHH); Förderung: Lundbek B.V., Valby, DK 384 Forschungsbericht 2006

5 Weitere Forschungsprojekte (ohne Förderung) Untersuchung des cerebralen Glukosestoffwechsels und der Funktion zentraler Dopamin- und Serotonintransporter bei Patienten mit Hepatitis C Virus induzierter Enzephalopathie. Projektleiter: G. Berding, K. Weissenborn, (Neurologie MHH) PET Aktivierungsstudien der zentralen Hörbahn unter elektrischer Stimulation am Promontorium vor Cochlea-Implantation Projektleiter: G. Berding, A. Lesinski-Schiedat (Hals-Nasen-Ohrenklinik MHH) Überlebenszeit Cr-51 markierter Erythrozyten in Telomerase Knock-out Mäusen Projektleiter: G. Berding, K.L. Rudolph (Gastroenterologie MHH) PET-Biomarker gestütztes Monitoring experimenteller Therapieeffekte im transgenen Rattenmodell der Chorea Huntington Projektleiter: G. Berding, S. von Hörsten (Funktionelle und Angewandte Anatomie MHH), M. Schäfers, (Nuklearmedizin Universitätsklinik Münster) Markierung von DOTA-derivatisierten Peptid-Liganden mit Ga-68 und Ga-67 Projektleiter: G.-J. Meyer, P. Gielow Derivatisierung von Antikörpern mit DTPA und DOTA zur Markierung mit Y-90 und anderen Beta-Strahlern Projektleiter: P. Gielow C-11 Markierung von PK11195 zur Visualisierung der Mikroglia-Aktivierung im ZNS Projektleiter: G. Berding, G.-J. Meyer, K.-H. Matzke, K. Weissenborn, (Neurologie MHH) Apoptose und Nekrose in Zellen mit Expression des Natrium/Iodid-Symporters nach Aufnahme von At-211 Projektleiter: T. Petrich Originalpublikationen Berding G, Schneider U, Gielow P, Buchert R, Donnerstag F, Brandau W, Knapp WH, Emrich HM, Müller-Vahl K. Feasibility of central CB1 receptor imaging with [124I]AM281 PET demonstrated in a schizophrenic patient. Psychiatry Research: Neuroimaging 2006; 147: Bisdas S, Nemitz O, Berding G, Weissenborn K, Ahl B, Becker H, Donnerstag F. Correlative assessment of cerebral blood flow obtained with perfusion CT and positron emission tomography in symptomatic stenotic carotid disease. Eur Radiol 2006;16: Forschungsbericht

6 Buchert R, Berding G, Wilke F, Martin B, von Borczyskowski D, Mester J, Brenner W, Clausen M. IBZM-tool a fully automated expert system for the evaluation of IBZM-SPECT studies. Eur J Nucl Med Mol Imaging 2006; 33: Buchert R, Schulze O, Wilke F, Berding G, Thomasius R, Petersen K, Brenner W, Clausen M. Is correction for age necessary in SPECT or PET of the central serotonin transporter in young, healthy adults? J Nucl Med 2006; 47: Gielow P, Klinge P, Knapp WH, Berding G. Synthesis and preliminary biological evaluation of [123I]Me2Pyr, a new potential ligand for imaging of central cannabinoid CB1 receptors. Applied Radioation and Isotopes 2006; 64: Petrich T, Quintanilla-Martinez L, Korkmaz Z, Samson E, Helmeke HJ, Meyer GJ, Knapp WH, Pötter E. Effective cancer therapy with the {alpha}-particle emitter [211At]Astatine in a mouse model of genetically modified sodium/iodide symporter-expressing tumors. Clin Cancer Res. 2006; 12: Kedia G, Ückert S, Scheller F, Chigogidze T, Managadze L, Jonas U, Truss MC. In vitro functional responses of isolated normal human prostatic tissue to compounds interacting with the cyclic guanosine monophosphate pathway. Urology. 2006; 67: Weissenborn K, Ennen JC, Bokemeyer M, Ahl B, Wurster U, Tillmann HL, Trebst C, Hecker H, Berding G. Monoaminergic neurotransmission is altered in hepatitis C virus infected patients with chronic fatigue and cognitive impairment. Gut 2006; 55: Wiesemann E, Berding G, Goetz F, Windhagen A Spontaneous intracranial hypotension: correlation of imaging findings with clinical features. Eur Neurol 2006; 56: Wissenschaftspreise Dr. med. Torsten Petrich: Anlässlich der 44. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Nuklearmedizin den Tyco Healthcare Förderpreis Nuklearmedizin. Weitere Tätigkeiten in der Forschung Prof. Dr. W. H. Knapp: Präsident der Deutschen Gesellschaft für Nuklearmedizin (DGN) und in dieser Eigenschaft Delegierter bei der AWMF und der European Association of Nuclear Medicine; Vorsitzender des wissenschaftlichen Beirats und Mitglied des Kuratoriums des Instituts für Interdisziplinäre Isotopenforschung Leipzig (IIF); Stellvertretender Vorsitzender des Aufsichtsrats des Universitätsklinikums Leipzig; Vorsitzender der Juries die für die Vergabe des EANM-Springer Prize, des von-hevesy- Preises für Nuklearmedizin, des Brahms-Forschungspreises für Schilddrüsenerkrankungen sowie Mitglied der Jury des Röntgenpreises der Deutschen Röntgengesellschaft und der Jury des Wolfgang-Becker-Gedächtnispreises für Radioimmuntherapie; Experte des Österreichischen Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)M; Mitglied des Kuratoriums der Claudia-von-Schilling-Stiftung für Krebsforschung; Mitglied des Beirats der Arbeitsgemeinschaft Neuroendokrine Tumore; Gutachterliche Tätigkeit für die Deutsche Krebshilfe e. V. sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Prof. Dr. med. G. Berding: Vorsitzender der Gesellschaft für Nuklearmedizin der Länder Niedersachsen, Sachsen-Anhalt, Sachsen und Thüringen. Prof. Dr. rer. nat. G.-J. Meyer: Gutachter und Experte für die Deutsche Arzneibuch-kommission, Bonn und die Europäische Arzneibuchkommission, Strassburg. 386 Forschungsbericht 2006

7 Dr. Ing. B.-O. Knoop: Mitglied des wissenschaftlichen Komitees der internationalen Konferenzreihe Imaging Technologies in Biomedical Science in der Trägerschaft des Institute of Accelerating Systems and Applications, Universität Athen und Nationale Technische Universität Athen; Mitglied im Arbeitsausschuß Nuklearmedizin des Normenausschusses Radiologie (NAR) im Deutschen Institut für Normung; Deutscher Vertreter in der Working Group 2: Nuclear Medicine des SC 62C der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC). RADIOLOGIE Forschungsbericht