Bildgestützte Knochenmarkdosimetrie bei Therapien mit Radiopharmazeutika zur Untersuchung des Einflusses der Knochenmarkzusammensetzung auf die Energiedosis im roten Knochenmark

• Antragsteller: Dr. Johannes Tran-Gia
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Radiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521044818

Therapien mit Radiopharmaka (RPTs) haben sich zu einem vielversprechenden Ansatz in der Krebsbehandlung entwickelt. Die meisten Radiopharmaka (RPs) verwenden mit Betastrahlern markierte Trägermoleküle, die an von Tumorzellen überexprimierten Rezeptoren binden. Da RPs meist systemisch injiziert werden, besteht das Ziel der RPT-Dosimetrie darin, die an den Tumor abgegebene Energiedosis zu maximieren, gleichzeitig aber die an Risikoorgane abgegebene Dosis so gering wie möglich zu halten, was entscheidend für die Patientensicherheit ist. Aufgrund seiner hohen Strahlenempfindlichkeit stellt das rote Knochenmark (RM) ein wichtiges Risikoorgan dar. Durch die sehr komplexe und patientenspezifische Lokalisierung und Morphologie des RM ist die praktische Umsetzung der Dosimetrie bei RPTs sehr schwierig und es existiert hierfür derzeit kein standardisierter Ansatz. Die daraus resultierende fehlende Kenntnis über die maximal tolerierbare Energiedosis (Dmax) von Risikoorganen wie dem RM zwingt Nuklearmediziner oft zu Therapien mit Standardaktivitäten, bei der Dmax zwar nicht überschritten, aber auch nicht zwingend erreicht wird. Dies kann zu ineffizienter Tumorkontrolle durch Unterdosierung, aber durch Überdosierung auch zu Toxizitäten führen. Derartige Ansätze lassen überdies den größten Vorteil der RPT gegenüber Chemo- oder biologischen Therapien ungenutzt: die Möglichkeit einer bildgebungsbasierten Überwachung von RPTs zur patientenbezogenen Therapieoptimierung. Mit der Entwicklung einer Methodik zur patientenspezifischen RM-Dosimetrie will dieses Forschungsprojekt einen entscheidenden Schritt in Richtung einer dosisbasierten RPT-Planung ermöglichen. Während der Stand der Technik auf einer generischen Morphologie des RM beruht, wollen wir die patientenindividuelle Morphologie in die Dosisberechnung einbeziehen. Dazu sind folgende Schritte notwendig: a) umfassende Quantifizierung der Spongiosazusammensetzung mittels modernster MRT- und Dual-Energy-CT-Technologie, b) Bestimmung der RP-Pharmakokinetik im RM mittels quantitativer SPECT/CT, welche an 3D-gedruckten Lendenwirbelphantomen validiert werden soll, c) Berechnung der RM-Energiedosis auf Grundlage mikrostruktureller Strahlungstransportmodelle. Um die klinische Anwendbarkeit zu demonstrieren, wird die Methodik abschließend retrospektiv bei mit 177Lu-PSMA-I&T behandelten Patienten angewendet. Zusammengefasst liefert dieses Forschungsprojekt eine richtungsweisende Methodik für die Umsetzung personalisierter RPTs. Eine patientenspezifische RM-Dosimetrie soll künftigen klinischen Studien ermöglichen, verlässliche Dosis-Wirkungs-Beziehung aufzustellen und zur Therapieoptimierung zu nutzen. Wenn es gelingt, die zu verabreichende Aktivität für den einzelnen Patienten so zu optimieren, dass die abgegebene RM-Energiedosis gerade noch unter der Dosisschwelle für Hämatotoxizität liegt, können wir die Wirksamkeit von RPTs auf ein völlig neues Niveau heben und eine wirklich personalisierte Medizin anbieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen