Pharmakokinetische Modellierung

Die molekulare Bildgebung von Neurotransmitterrezeptoren mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) gestattet es, quantitative Daten zu gewinnen. Diese für die Hirnforschung außerordentlich wichtige Option, nämlich chemische Parameter im lebenden Gehirn „berührungsfrei“ zu messen, hängt entscheidend von einer erfolgreichen pharmakokinetischen Modellierung ab. Zeitlich dynamische Bilddaten sind notwendig, um die Bindungsvorgänge am Rezeptor erfassen und quantifizieren zu können. Im Allgemeinen kann Pharmakokinetik definiert werden als die Gesamtheit der Prozesse, denen ein (Arznei-)Stoff in einem Organismus unterliegt (Absorption, Distribution, Metabolisierung, Exkretion) sowie die Entwicklung geeigneter mathematischer Modelle, um die Beobachtungen quantitativ zu beschreiben.

Die PET erfasst die Konzentration des Radioliganden und seiner radioaktiven Metabolite im Gehirn. Mittels zeitgleich gewonnener Blutproben lassen sich die Konzentrationen dieser Substanzen im Blutplasma ermitteln. Die zeitlichen Veränderungen dieser Konzentrationen erlauben dann mithilfe der PET-Daten einen Rückschluss auf die Rezeptordichte der untersuchten Zielstruktur im Gehirn.

Abb. 1: Beispiele für sog. Zeit-Aktivitätskurven (A) aus verschiedenen Gehirnregionen, welche die Verteilung des Radioliganden widerspiegeln. Die Zeit-Aktivitätskurve aus dem Blutplasma (B) erlaubt eine Kalibierung und Quantifizierung der Signale aus dem Gehirn.

Abb. 2: Beispiel für die Applikation des Radioliganden als Bolus mit nachfolgender konstanter Infusion (drei verschiedene Hirnregionen). Diese Art der Injektion führt nach ca. 50 min zu einem Gleichgewichtszustand, bei dem der Radioligand im Gehirn und im Blut die gleiche Konzentration hat. Dieser experimentelle Ansatz ermöglicht es, Interventionen (z. B. die Gabe von Arzneistoffen oder Prüfsubstanzen) ohne Störeinflüsse durch (regionale) Veränderungen des Blutflusses durchzuführen.

Abb. 3: Beispiel einer Bestimmung der Rezeptordichte mittels eines graphischen Linearisierungsverfahrens. Die Steigung der Geraden entspricht dem Verteilungsvolumen des Radioliganden, welches wiederum direkt proportional zur Rezeptordichte ist.

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