Rapid metabolism of the immuno-PET radioligand [68Ga]Ga-NOTA-GZP upon in vivo administration in mice

Im Inneren des menschlichen Körpers wird oft ein stiller Krieg von den Elite-Soldaten des Immunsystems geführt: zytotoxischen T-Zellen und natürlichen Killerzellen. Wenn diese Zellen auf eine Bedrohung stoßen, wie etwa eine Krebszelle oder infiziertes Gewebe, setzen sie ein spezifisches Protein namens Granzym B frei. Dieses Protein fungiert als molekularer Auslöser, der die Zielzelle dazu anweist, Selbstzerstörung zu betreiben. Für Ärzte und Forscher wäre die Fähigkeit, zu sehen, wo und wann dieses Protein aktiv ist, ein mächtiges Werkzeug. Es würde es ihnen ermöglichen, das Immunsystem in Echtzeit zu beobachten und zu prüfen, ob eine neue Behandlung die Abwehrkräfte des Körpers erfolgreich „aufweckt“ oder ob eine Infektion eingedämmt wird. Um dies zu erreichen, haben Wissenschaftler winzige chemische Tracer entwickelt – im Wesentlichen molekulare Spione –, die in den Körper injiziert und mit einer speziellen Kamera, einem PET-Scanner, verfolgt werden können. Diese Tracer sind darauf ausgelegt, an Granzym B anzuhaften und so die Bereiche zu beleuchten, in denen das Immunsystem am aktivsten ist.

Eines der vielversprechendsten dieser Tracer ist ein Molekül, das mit einer radioaktiven Form von Gallium markiert ist, einem Metall, das Signale aussendet, die die Kamera erfassen kann. Wissenschaftler haben diesen spezifischen Tracer, bekannt als [68Ga]Ga-NOTA-GZP, in Mäusen und sogar in frühen Humanstudien eingesetzt, um die Immunaktivität abzubilden. Die Annahme war bisher, dass dieses Molekül nach der Injektion durch den Blutkreislauf reist, sein Ziel findet und lange genug intakt bleibt, um ein klares Bild zu liefern. Eine kürzlich durchgeführte Studie von Forschern aus Norwegen hat jedoch einen überraschenden und kritischen Fehler in dieser Annahme aufgedeckt. Sie fanden heraus, dass der Tracer im Reagenzglas zwar perfekt stabil erscheint, aber fast sofort zerfällt, sobald er in einen lebenden Organismus gelangt. Diese Entdeckung deutet darauf an, dass die Bilder, die Wissenschaftler bisher gesehen haben, möglicherweise nicht den Tracer zeigen, den sie zu sehen glauben, sondern vielmehr dessen Bruchstücke, was zu Fehlinterpretationen darüber führen könnte, wie gut eine Behandlung wirkt.

Die Forscher begannen ihre Untersuchung, indem sie die Stabilität des Tracers in menschlichem Blutplasma außerhalb des Körpers testeten. Sie mischten das radioaktive Molekül mit Plasma und erwärmten es auf Körpertemperatur, um die Bedingungen in einem Menschen zu simulieren. Nach einer Stunde analysierten sie das Gemisch und stellten fest, dass der Tracer völlig intakt blieb. Jedes einzelne Molekül war noch ganz, was darauf hindeutete, dass die chemische Bindung, die das radioaktive Metall an die Peptidkette hält, unter diesen kontrollierten Bedingungen stark und zuverlässig ist. Dieses Ergebnis stimmte mit dem Vertrauen überein, das viele Wissenschaftler in dieses Werkzeug gesetzt hatten, und verstärkte die Vorstellung, dass es sich um einen robusten Wirkstoff für die Bildgebung handelt.

Doch die Geschichte änderte sich dramatisch, als das Team vom Reagenzglas zu lebenden Mäusen überging. Sie injizierten denselben Tracer in gesunde Mäuse sowie in tumortragende Mäuse und entnahmen dann zu bestimmten Zeitintervallen Blutproben: fünfzehn Minuten, dreißig Minuten und sechzig Minuten nach der Injektion. Als sie diese Blutproben analysierten, war das Bild völlig anders. Innerhalb von nur fünfzehn Minuten war die Menge an intaktem Tracer im Blut auf etwa dreizehn Prozent gesunken. Nach dreißig Minuten lag sie bei weniger als fünf Prozent, und zur Stunde marke war fast kein des ursprünglichen Moleküls mehr vorhanden. Anstatt eines einzelnen, sauberen Signals enthielt das Blut eine Mischung aus neuen, kleineren radioaktiven Fragmenten. Der Tracer war durch die biologischen Prozesse des Körpers rapide zerlegt worden.

Um zu verstehen, um was für Fragmente es sich handelte, verglichen die Forscher sie mit bekannten Substanzen. Eines der neuen Fragmente trat in der Analyse zu einem Zeitpunkt auf, der dem von freiem Gallium sehr ähnlich war – dem Metall ohne seinen Peptidträger – oder einem kleinen Stück des Trägermoleküls selbst. Dies deutete darauf hin, dass sich das Metall von der Peptidkette gelöst hatte, ein Prozess, der als Demetallierung bekannt ist, oder dass die Kette in Stücke geschnitten worden war. Ein weiteres Fragment erschien etwas früher als der ursprüngliche Tracer; die Forscher hypothetisierten, dass dies das Ergebnis der chemischen Veränderung des Endes des Peptidmoleküls durch Enzyme des Körpers sein könnte, die vielleicht eine spezifische chemische Gruppe in eine Säure umwandeln. Entscheidend war, dass beim Vergleich des Verhaltens des ursprünglichen Tracers mit dem Verhalten von direkt in Mäuse injiziertem freiem Gallium die beiden völlig unterschiedlich aussahen. Das freie Gallium häufte sich stark in der Leber an und blieb dort, während der Tracer und seine Fragmente schnell über die Nieren ausgewaschen und in die Blase geleitet wurden. Dieser Unterschied bewies, dass die Bruchstücke nicht einfach wie das freie Metall agierten, sondern sich wie kleine, wasserlösliche Fragmente verhielten, die der Körper schnell herausfiltert.

Die Auswirkungen dieser Erkenntnisse sind erheblich für die Art und Weise, wie Wissenschaftler Bilder des Immunsystems interpretieren. Viele bisherige Studien stützten sich auf mathematische Modelle, um genau zu berechnen, wie viel Tracer an einen Tumor bindet, unter der Annahme, dass das Signal im Blut vom intakten Molekül stammt. Wenn das Molekül so schnell zerfällt, sind diese Berechnungen wahrscheinlich falsch, da die Kamera eine Mischung aus dem ursprünglichen Tracer und seinen Fragmenten detektiert. Die Forscher merkten an, dass dieser schnelle Abbau viel schneller erfolgt als in anderen Studien berichtet, die möglicherweise nur einen einzigen Zeitpunkt betrachtet und die Geschwindigkeit des Abbaus übersehen haben. Sie wiesen auch darauf hin, dass die chemische Struktur des Tracers je nach Herstellung leicht variieren kann und dass diese kleinen Unterschiede erklären könnten, warum andere Studien eine bessere Stabilität beobachteten.

Letztendlich dient diese Studie als lebenswichtiger Realitätscheck für das Feld der Immunbildgebung. Sie zeigt, dass ein Molekül im Reagenzglas perfekt stabil sein kann, im lebenden Körper jedoch fragil ist und dass das, was wie ein erfolgreiches Bild aussieht, tatsächlich eine Ansammlung metabolischer Trümmer sein kann. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass zukünftige Studien diesen schnellen Abbau berücksichtigen müssen, um ein wahres Verständnis der Immunaktivität zu erlangen. Sie schlagen vor, dass Wissenschaftler stabilere Tracer entwickeln müssen, die die Reise durch den Blutkreislauf überstehen können, und dass sie bei der Interpretation von Daten bestehender Tracer sehr vorsichtig sein müssen. Ohne diese Korrekturen könnten die Bilder, die wir vom Kampf des Immensystems gegen Krankheiten sehen, verschwommen sein und eher die Folgen einer Schlacht zeigen als die Schlacht selbst.