Molekulare Bildgebung: Stand der Forschung

Zusammenfassung

Die Fortschritte der letzten Jahre auf dem Gebiet der Molekularbiologie und bei der Entwicklung bildgebender Verfahren haben in der bildgebenden Diagnostik zu einem Paradigmenwechsel geführt. Die traditionelle Rolle der radiologischen Diagnostik liegt in der Darstellung pathologischer Veränderungen auf anatomisch-morphologischer Ebene. Die derzeit zur Verfügung stehenden Kontrastmittel sind meist unspezifisch und somit nicht zur Darstellung pathologischer Veränderungen auf molekularer Ebene geeignet. Alterationen auf anatomisch-morphologischer Ebene sind jedoch relativ späte Manifestationen von initial molekularen Veränderungen. Mit Hilfe von Kontrastmitteln, die spezifisch an molekulare Zielstrukturen binden, können biologische Prozesse nicht-invasiv auf molekularer Ebene sichtbar gemacht und quantitativ erfasst werden. Diese Technologie, die mit dem Begriff molekulare Bildgebung umschrieben wird, verspricht, eine frühere Diagnose, eine verbesserte Klassifizierung von Stadium und Schwere der Erkrankung, eine objektive Beurteilung des Behandlungserfolges und eine zuverlässige Prognose zu ermöglichen. Zudem ist die molekulare Bildgebung ein wichtiges Werkzeug für die Evaluierung physiologischer und pathophysiologischer Prozesse sowie für die Entwicklung neuer Therapien. Der vorliegende Artikel gibt eine Übersicht über den aktuellen Stand der molekularen Bildgebung, beschreibt die Entwicklung von Kontrastmitteln und die bildgebenden Verfahren für die molekulare Bildgebung, neue Anwendungen bei spezifischen Krankheitsmodellen sowie zukünftige Entwicklungen.

Abstract

The recent years have seen significant advances in both molecular biology, allowing the identification of genes and pathways related to disease, and imaging technologies that allow for improved spatial and temporal resolution, enhanced sensitivity, better depth penetration, improved image processing, and beneficial combinations of different imaging modalities. These advances have led to a paradigm shift in the scope of diagnostic imaging. The traditional role of radiological diagnostic imaging is to define gross anatomy and structure in order to detect pathological abnormalities. Available contrast agents are mostly non-specific and can be used to image physiological processes such as changes in blood volume, flow, and perfusion but not to demonstrate pathological alterations at molecular levels. However, alterations at the anatomical-morphological level are relatively late manifestations of underlying molecular changes. Using molecular probes or markers that bind specifically to molecular targets allows for the non-invasive visualization and quantitation of biological processes such as gene expression, apoptosis, or angiogenesis at the molecular level within intact living organisms. This rapidly evolving, multidisciplinary approach, referred to as molecular imaging, promises to enable early diagnosis, can provide improved classification of stage and severity of disease, an objective assessment of treatment efficacy, and a reliable prognosis. Furthermore, molecular imaging is an important tool for the evaluation of physiological and pathophysiological processes, and for the development of new therapies. This article comprises a review of current technologies of molecular imaging, describes the development of contrast agents and various imaging modalities, new applications in specific disease models, and potential future developments.

Key words

Targeted contrast agents - CT - MRT - nuclear medicine - optical imaging - ultrasound

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