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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-447843
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.44784
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 8 February 2021 |
| Referee: | Prof. Dr. Dirk Hellwig |
| Date of exam: | 2 February 2021 |
| Institutions: | Medicine > Abteilung für Nuklearmedizin |
| Keywords: | Prostatakarzinom, Knochenmetastasen, PSMA, PET/CT, Ga-68-PSMA-11-PET/CT, Ga-68-HBED-CC-PSMA-PET/CT |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 44784 |
Abstract (German)
PSMA (Prostata-spezifisches Membranantigen) ist ein Transmembran-Glykoprotein mit einer hohen Expression auf Prostatakarzinomzellen. Für diese Zielstruktur wurde das spezifisch bindende Radiopharmakon Ga-68-HBED-CC-Glu-Urea-Lys(Ahx) (Ga-68-PSMA-11) entwickelt, welches die Ga-68-PSMA-11-PET/CT ermöglicht. Die Ga-68-PSMA-11-PET/CT zeigt einen hohen Kontrast zwischen Tumormanifestationen und ...
Abstract (German)
PSMA (Prostata-spezifisches Membranantigen) ist ein Transmembran-Glykoprotein mit einer hohen Expression auf Prostatakarzinomzellen. Für diese Zielstruktur wurde das spezifisch bindende Radiopharmakon Ga-68-HBED-CC-Glu-Urea-Lys(Ahx) (Ga-68-PSMA-11) entwickelt, welches die Ga-68-PSMA-11-PET/CT ermöglicht. Die Ga-68-PSMA-11-PET/CT zeigt einen hohen Kontrast zwischen Tumormanifestationen und gesundem Gewebe mit im Vergleich zur herkömmlichen F-18-Cholin-PET/CT höheren Detektionsraten für Metastasen, auch bei Knochenmetastasen. Für F-18-Cholin konnte in Knochenmetastasen eine negative Korrelation von Tracer-Uptake und Knochendensität in der CT festgestellt werden.
Ziel der Arbeit war es, mithilfe der Ga-68-PSMA-11-PET/CT zu überprüfen, ob zwischen der PSMA-Expression in Knochenmetastasen (gemessen als SUVmax) und deren Densität in der CT (gemessen in HUmean) eine Korrelation vorliegt. Retrospektiv wurden Daten von 80 Patienten ausgewertet, die eine Ga-68-PSMA-11-PET/CT in der Abteilung für Nuklearmedizin des Universitätsklinikums Regensburg erhalten hatten. Mögliche Korrelationen wurden für die verschiedenen Subtypen von Knochenmetastasen untersucht sowie der Einfluss verschiedener Therapieformen analysiert.
Die Ga-68-PSMA-11-PET/CT detektierte insgesamt 213 Knochenmetastasen, die bevorzugt in Becken, Rippen und Sternum sowie lumbaler Wirbelsäule lagen. PSMA-positiv waren 175 von 213 Knochenmetastasen, davon 100 in der CT sklerotisch, 7 lytisch, 16 gemischt lytisch-sklerotisch und 52 CT-negativ. Lytische, PET-positive Knochenmetastasen zeigten in der PET die höchste PSMA-Expression, sklerotische die niedrigste, wobei der Unterschied nicht signifikant war.
Ausschließlich in der CT zeigten sich 37 Knochenmetastasen. Davon waren fast alle sklerotisch mit einer Densität in der CT, die sogar noch über der von sklerotischen, PET-positiven Metastasen lag. Eine einzige der 213 Läsionen präsentierte sich als PET-zweifelhaft und wurde aus Subgruppenanalysen ausgeschlossen.
Zwischen PSMA-Expression und Knochendensität der 213 detektierten Knochenmetastasen zeigte sich eine signifikante, schwache bis mittelstarke negative Korrelation (Pearson-Korrelationskoeffizient = -0,263, p<0,01). Betrachtete man nur die PET-positiven Herde oder innerhalb derer die einzelnen Subgruppen nach CT-Morphologie, ergab sich keine Korrelation. Zwischen Größe der morphologischen Veränderungen und Ga-68-PSMA-11-Speicherung zeigte sich ein signifikanter, positiver Zusammenhang.
Knochenmetastasen von Patienten nach Hormontherapie wiesen im Vergleich zu hormon-naiven Patienten eine signifikant höhere PSMA-Expression sowie eine höhere Knochendensität auf. Zwischen Patienten mit unbestrahlten und vorbestrahlten Knochenmetastasen konnte kein signifikanter Unterschied in PSMA-Expression und CT-Densität der Knochenherde festgestellt werden, wobei hier keine intraindividuellen Verlaufsuntersuchungen vorlagen. Patienten nach Denosumab- oder Bisphosphonat-Therapie zeigten in der CT signifikant dichtere Knochenmetastasen.
Die vorliegende Arbeit konnte zeigen, warum sich bei der Ga-68-PSMA-11-PET/CT die PET- und CT-Komponenten komplementär bei der Detektion von Knochenmetastasen des Prostatakarzinoms ergänzen. Während die CT ihre Stärken bei der Detektion von PET-negativen Knochenmetastasen ausspielt, findet die Ga-68-PSMA-11-PET nicht nur die meisten osteosklerotischen Knochenläsionen, sondern auch osteolytische Metastasen und Herde im Knochenmark ohne Korrelat in der CT.
Knochenmarksmetastasen gelten als früheste Form der Infiltration des Knochens, sind aber in der CT selten zu erkennen. Hier hat die Ga-68-PSMA-11-PET einen entscheidenden Vorteil. 24% aller Knochenherde waren Knochenmarksmetastasen, die nur mittels Ga-68-PSMA-11-PET erkannt wurden.
Bei sklerotischen Läsionen kann die geringere Anzahl an vitalen Tumorzellen und voranschreitende Kalzifizierung die geringere Aufnahme des PSMA-Liganden sowie die höhere Knochendensität erklären, was derartige Läsionen am chronologischen Ende einer Knochenmetastase beim Prostatakarzinom einordnen würde. Diese Hypothese untermauert die gefundene negative Korrelation von SUVmax und HUmean.
Bisphosphonate und Denosumab wirken durch eine Kalzifizierung der Knochenmetastasen präventiv auf skelettbezogene Komplikationen. Eine Auswirkung auf die PSMA-Expression scheint nicht zu bestehen. Eine Hormontherapie kann assoziiert sein mit erhöhter PSMA-Expression, allerdings gibt es widersprüchliche Berichte in der Literatur.
Die vorliegende Studie hat Limitationen. Aufgrund des begrenzten Patientenkollektivs und des retrospektiven Studiendesigns sind größere, prospektive Studien wünschenswert, um den Stellenwert der Ga-68-PSMA-11-PET/CT bei der Diagnostik von Knochenmetastasen des Prostatakarzinoms weiter zu validieren. Derzeit ist an manchen Standorten neben der Ga-68-PSMA-11-PET/CT die PSMA-1007-PET/CT mit dem Radionuklid F-18 verfügbar, welches in größeren Mengen als Ga-68 produziert werden kann und eine längere Halbwertszeit besitzt. Die Ergebnisse bereits initiierter prospektiver Studien zu diesen neuen Radiopharmaka sind abzuwarten. Die hier beobachteten Zusammenhänge erklären die Verbesserung der spezifischen Detektion von Knochenmetastasen des Prostatakarzinoms durch die komplementären PET- und CT-Komponenten der PET/CT mit PSMA-Liganden.
Translation of the abstract (English)
PSMA (prostate-specific membrane antigen) is a transmembrane glycoprotein with high expression on prostate cancer cells. For this target, the specific binding radiopharmaceutical Ga-68-HBED-CC-Glu-Urea-Lys(Ahx) (Ga-68-PSMA-11) was developed, which enables Ga-68-PSMA-11 PET/CT. Ga-68-PSMA-11 PET/CT shows high contrast between tumor manifestations and healthy tissue with higher detection rates for ...
Translation of the abstract (English)
PSMA (prostate-specific membrane antigen) is a transmembrane glycoprotein with high expression on prostate cancer cells. For this target, the specific binding radiopharmaceutical Ga-68-HBED-CC-Glu-Urea-Lys(Ahx) (Ga-68-PSMA-11) was developed, which enables Ga-68-PSMA-11 PET/CT. Ga-68-PSMA-11 PET/CT shows high contrast between tumor manifestations and healthy tissue with higher detection rates for metastases, including bone metastases, compared to conventional F-18 choline PET/CT. For F-18 choline, a negative correlation of tracer uptake and bone density was observed in bone metastases on CT.
The aim of this work was to verify whether there is a correlation between PSMA expression in bone metastases (measured as SUVmax) and its density in CT (measured in HUmean) using Ga-68-PSMA-11 PET/CT. Retrospectively, data from 80 patients who had received Ga-68-PSMA-11 PET/CT at the Department of Nuclear Medicine, University Hospital Regensburg, Germany, were analyzed. Possible correlations were investigated for the different subtypes of bone metastases and the influence of different forms of therapy was analyzed.
Ga-68-PSMA-11 PET/CT detected a total of 213 bone metastases, preferentially located in the pelvis, ribs and sternum, and lumbar spine. PSMA-positive were 175 of 213 bone metastases, of which 100 were sclerotic on CT, 7 lytic, 16 mixed lytic-sclerotic, and 52 CT-negative. Lytic PET-positive bone metastases showed the highest PSMA expression in PET, sclerotic the lowest, although the difference was not significant.
Exclusively CT showed 37 bone metastases. Of these, almost all were sclerotic with a density on CT that was even higher than that of sclerotic PET-positive metastases. A single of the 213 lesions presented as PET equivocal and was excluded from subgroup analyses.
There was a significant, weak to moderate negative correlation between PSMA expression and bone density of the 213 detected bone metastases (Pearson correlation coefficient = -0.263, p<0.01). When considering only the PET-positive foci or within them the individual subgroups according to CT morphology, there was no correlation. There was a significant, positive correlation between size of morphologic changes and Ga-68-PSMA-11 storage.
Bone metastases from patients after hormone therapy showed significantly higher PSMA expression and bone density compared to hormone-naive patients. No significant difference in PSMA expression and CT density of bone foci was detected between patients with unirradiated and pre-irradiated bone metastases, although intraindividual follow-up was not available here. Patients after denosumab or bisphosphonate therapy showed significantly denser bone metastases on CT.
The present work was able to show why Ga-68-PSMA-11 PET/CT has complementary PET and CT components in the detection of bone metastases of prostate carcinoma. While CT plays to its strengths in detecting PET-negative bone metastases, Ga-68-PSMA-11-PET finds not only most osteosclerotic bone lesions but also osteolytic metastases and foci in the bone marrow without correlate on CT.
Bone marrow metastases are considered the earliest form of infiltration of bone, but are rarely seen on CT. This is where Ga-68-PSMA-11 PET has a distinct advantage. 24% of all bone foci were bone marrow metastases detected only by Ga-68-PSMA-11-PET.
In sclerotic lesions, the lower number of vital tumor cells and advancing calcification may explain the lower uptake of PSMA ligand and higher bone density, which would place such lesions at the chronological end of bone metastasis in prostate cancer. This hypothesis supports the negative correlation of SUVmax and HUmean found.
Bisphosphonates and denosumab have a preventive effect on skeletal-related complications by calcifying bone metastases. There does not appear to be an effect on PSMA expression. Hormone therapy may be associated with increased PSMA expression, but there are conflicting reports in the literature.
The present study has limitations. Because of the limited patient population and retrospective study design, larger, prospective studies are desirable to further validate the value of Ga-68-PSMA-11 PET/CT in the diagnosis of bone metastases from prostate cancer. Currently, in addition to Ga-68-PSMA-11 PET/CT, PSMA-1007 PET/CT is available at some sites using the radionuclide F-18, which can be produced in larger quantities than Ga-68 and has a longer half-life. The results of already initiated prospective studies on these new radiopharmaceuticals remain to be seen. The correlations observed here explain the improvement in specific detection of bone metastases of prostate carcinoma by the complementary PET and CT components of PET/CT with PSMA ligands.
Metadata last modified: 08 Feb 2021 08:21
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