Dokument: Positron Emission Tomography in the Context of Metabolism

Titel:	Positron Emission Tomography in the Context of Metabolism
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54797
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20201124-104331-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Cremer, Anna Lena [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,89 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.11.2020 / geändert 18.11.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Mittag, Jens [Gutachter] Prof. Dr. Heinzel, Thomas [Gutachter]
Stichwörter:	PET, Metabolism, [11C]raclopride, Dopamine
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Im Kontext der globalen Adipositasepidemie besteht ein großes Interesse an Methoden, welche helfen können Mechanismen, die für ein Versagen der Energiehomeostase verantwortlich sind, zu entschlüsseln. Das Belohungssystem des Gehirns, welches vorwiegend durch den Neurotransmitter Dopamin reguliert wird, ist eine entscheidene Stellschraube im Zusammenhang mit übermäßiger Nahrungsaufnahme. Untersuchungen von Dopaminausschüttungen als Reaktion auf Essen, sowie ein potentieller Zusammenhang mit der konsumierten Nahrung oder dem Körpergewicht sind daher interessante wissenschaftliche Fragestellungen. Bisher gibt es jedoch keine Methode, mit welcher physiologische Dopaminauschüttungen im menschlichen Gehirn über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Methode für [11C]Raclopride Positronen Emissions Tomographie (PET) entwickelt, mit welcher zeitlich und räumlich aufgelöste Dopaminausschüttungen detektiert werden können. Die neue Methode wird anhand von Kompartmentmodellen, welche die Interaktion von dem Radiotracer [11C]Raclopride und Dopamin einbeziehen, eingeführt und mittels experimenteller Daten validiert. Neben PET Experimenten schließt die Validierung der Methode direkte Messungen von Dopamin im Maushirn mittels Voltammetrie ein. Die neue Methode wurde darüber hinaus erfolgreich zur Detektion von Dopaminauschüttungen als Reaktion auf Nahrungsaufnahme im Rahmen einer Probandenstudie angewendet. Fundamentale Prozesse, wie Diffusion und Entnahme von Dopamin im Extrazellulärraum, sind die Basis des eingefühten Models. Diese Prozesse finden auch für andere Neurotransmitter statt. Dementsprechend wurden Modellrechungen für die Neurotransmitter Serotonin, Acetylcholin und Glutamat durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode mit jeweils geeigneten Radiotracern potenziell zur Detektion von Auschüttungen dieser Neurotransmitter angewendet werden kann. Zukünftige Messungen müssen dies jedoch erst bestätigen. Grundlage für die Entwicklung von Adipositas ist die Fehlregulation des Stoffwechsels. Mittels [18F]FDG PET kann der Glukosestoffwechsel in Menschen und Tieren untersucht werden, wobei die Anwendung bisher hauptsächlich auf Gehirndaten beschränkt war. Die Analyse von weiteren Organen und Geweben im Hinblick auf einen veränderten Glukosestoffwechsel mit [18F]FDG PET könnte jedoch wichtige Einblicke in Bezug auf systemische metabolische Veränderungen geben. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Methoden eingeführt, mit welchen der Glukosemetabolismus im ganzen Körper an Hand von [18F]FDG PET und CT analysiert werden kann. Dadurch wird das gesamte Potential von [18F]FDG PET/CT in der Stoffwechselforschung in Mäusen dargelegt. Die entwickelten Methoden können auch zur Untersuchung von Menschen angewendet werden. In light of the global obesity epidemic there is an overall interest in methods that can help to unravel the basic mechanisms responsible for the failure of energy homeostasis. One important driver of increased food intake is the brain’s reward system. The so-called hedonic system is predominantly regulated by the neurotransmitter dopamine. Therefore, the analysis of dopamine release in response to food intake and potential correlations with the consumed food or body weight is an interesting research objective. Methods to assess dopamine release within the human brain over time are lacking, especially for physiological release events like in response to food intake. Within the framework of this thesis a novel method using [11C]raclopride Positron Emission Tomography (PET) was developed to detect spatiotemporal dopamine release in the human brain. The novel method is introduced on basis of model calculations using compartment models that take into account the interaction between the PET tracer [11C]raclopride and dopamine, and is validated by mouse experiments as well as a clinical study. Apart from PET experiments, the validation includes direct assessment of dopamine concentrations in the mouse brain with the help of fast-scan cyclic voltammetry. Application of the method to detect dopamine release during food intake in humans demonstrates the power of the novel approach. The introduced method is based on fundamental processes, such as diffusion and removal, that in principle apply to any neurotransmitter system. Accordingly, the applicability of the method to the neurotransmitter systems of serotonin, acetylcholine, and glutamate is analyzed on basis of theoretical considerations and model calculations. The results indicate potential applicability to any of the systems, which needs to be confirmed in future applications. A second important research field with regard to increasing rates of overweight and obesity is the metabolic health, since accumulation of adipose tissue leads to various diseases. A common problem is an impaired glucose metabolism. Using [18F]FDG PET glucose metabolism in humans and mice can be assessed in vivo. However, peripheral tissue analysis using dynamic [18F]FDG PET data including kinetic modeling is no standard approach in clinical routine, especially with regard to metabolic diseases. Within this thesis, whole-body [18F]FDG PET and CT data of mice were used for combined analysis to exploit its full potential in metabolism research in rodents, as well as introducing ways of data analysis which can be applied to human data.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Physik der kondensierten Materie
Dokument erstellt am:	24.11.2020
Dateien geändert am:	24.11.2020
Promotionsantrag am:	26.05.2020
Datum der Promotion:	29.09.2020