FDG-PET-CT – Wie Zucker Krebszellen sichtbar macht
Die FDG-PET-CT verbindet zwei grundsätzlich verschiedene Ansätze miteinander: Die funktionelle Darstellung des zellulären Stoffwechsels durch das nuklearmedizinische Verfahren der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die hochauflösende anatomische Darstellung durch die radiologische Methode der Computertomographie (CT). Das Besondere an der PET-CT ist der für ihre Durchführung verwendete Tracer.
Bei Fluordesoxyglukose (FDG) handelt es sich um ein schwach radioaktiv mit Fluor markiertes Glukoseanalogon, also ein dem Zucker (Glukose, genauer dem Einfachzucker D-Glukose) strukturell ähnliches Molekül. Diese Eigenschaft führt dazu, dass FDG von Tumorzellen aufgenommen wird. Über das schwach radioaktive Fluor lassen sich diese mit der PET sichtbar machen.
Warum lässt die FDG-PET Krebszellen „aufleuchten“?
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Krebszellen nehmen aufgrund einer Besonderheit im Stoffwechsel mehr Zucker auf.
- Für die FDG-PET-CT wird Zucker schwach radioaktiv markiert und verabreicht.
- Diagnostisch muss zwischen der normalen Aufnahme des Tracers durch bestimmte Gewebe und dem Tumorstoffwechsel differenziert werden.
Dass mit der FDG-PET-CT Krebszellen markiert werden können, liegt an einem biochemischen Phänomen dieses Zelltyps – dem Warburg-Effekt. Dessen Entdeckung geht auf den Arzt und Nobelpreisträger Otto Warburg zurück, der die Besonderheit im Tumorstoffwechsel bereits in den 1930er Jahren beschrieben hat.
Gesunde Zellen decken ihren Energiebedarf über einen mehrstufigen Prozess. Unter anderem findet im Zellplasma eine Spaltung der Glukose statt, bei der das sogenannte „Pyruvat“ als Zwischenprodukt entsteht. Dieses schleust die Zelle wiederum in die Mitochondrien (die „Kraftwerke“ der Zelle) ein, wo die eigentliche Energiegewinnung durch die Herstellung von ATP-Molekülen (Adenosintriphosphat, fungiert als zellulärer Energieträger) stattfindet.
Bei Krebszellen ist dieser effiziente Prozess verändert, sodass das Pyruvat in erheblichem Ausmaß zu Milchsäure verarbeitet wird [1]. Die sogenannte „anaerobe Glykolyse“ kommt auch in normalen Zellen vor – allerdings nur dann, wenn ihnen Sauerstoff fehlt. Dass die Milchsäureausscheidung in Tumorzellen bei einem ausreichenden Sauerstoffangebot stattfindet, ist eine Besonderheit. Zugleich verursacht dies einen hohen Bedarf an Glukose, da der veränderte Zellstoffwechsel ineffizient arbeitet.
Aus diesem Grund müssen Zellen in bösartigem (malignem) Gewebe deutlich mehr Glukose aufnehmen als solche des umliegenden gesunden Gewebes. Genau dort setzt das Prinzip der FDG an: Der Tracer wird von den Tumorzellen aufgenommen, kann aber aufgrund der chemischen Modifikation nicht weiter verstoffwechselt werden und reichert sich in der Zelle an [2]. Diese Konzentration lässt sich mit der PET erfassen, wobei der Tumor durch die erhöhte Traceraufnahme als Hotspot erscheint.
Differenzierte Betrachtung der FDG-Konzentration
Grundsätzlich weist die FDG-PET-CT eine sehr hohe Spezifität gegenüber Gewebe auf, das einen hohen Glukosebedarf hat. In der Medizin ist trotzdem eine differenzierte Betrachtung der Befunde erforderlich. Einerseits nehmen nicht alle Tumorzellen FDG auf. Auf der anderen Seite weisen neben Tumorzellen auch andere Gewebe – wie das Gehirn, der Herzmuskel (Myokard) und Zellen im Bereich einer aktiven Entzündung – einen erhöhten Zuckerstoffwechsel auf [3].
Aus diesem Grund muss in der Befundung zwischen einer normalen und einer pathologischen Traceranreicherung unterschieden werden. Dazu lässt sich zum Beispiel mittels CT dargestellte strukturelle Aufnahmemuster des Tracers heranziehen. Während bei einem Tumor eher eine herdförmige Anreicherung typisch ist, ist das Konzentrationsmuster bei Entzündungen – beispielsweise einer Sarkoidose – häufiger diffus oder auch symmetrisch.
Indikationen für die FDG-PET-CT – Wann wird das Verfahren eingesetzt?
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Ein zentrales Einsatzgebiet der FDG-PET-CT ist die Krebsmedizin.
- Mithilfe der Untersuchung lassen sich die Ausbreitung eines Tumors und Rezidive erkennen.
- Da FDG auch von Entzündungszellen aufgenommen wird, ist die Entzündungsdiagnostik ein weiterer Anwendungsfall.
In der Krebsmedizin (Onkologie) ist die FDG-PET-CT heute bei einer Reihe von Tumorerkrankungen fester Bestandteil des diagnostischen Spektrums. Allerdings wird das Verfahren meist nicht im Zusammenhang mit der Erstdiagnose von Krebserkrankungen eingesetzt, sondern vielmehr im Rahmen weiterer Untersuchungen.
- Staging (Bestimmung der Tumorausbreitung): Die FDG-PET-CT ist in der Lage, Primärtumore, befallene Lymphknoten und Fernmetastasen in einem Untersuchungsgang darzustellen. Selbst kleine Metastasen in morphologisch noch unauffälligen Lymphknoten können anhand des erhöhten Glukosestoffwechsels detektiert werden. Dieser Aspekt spielt für die Therapieplanung eine zentrale Rolle und beeinflusst die Heilungsprognose in der Regel nachhaltig.
- Therapiekontrolle: Da die FDG-PET-CT den Stoffwechsel der Tumorzellen abbildet, lassen sich mithilfe der Untersuchung auch Veränderungen erkennen. Diese Eigenschaft spielt nach dem Therapiebeginn eine Rolle für die Bewertung der Wirksamkeit, die somit möglich ist, noch bevor sich strukturelle Veränderungen wie ein Schrumpfen der Tumormasse abzeichnen. Dies ist vor allem deshalb von Bedeutung, weil aufgrund der Heterogenität von Karzinomen Unterschiede im Ansprechen auf eine Behandlung nicht ungewöhnlich sind und sich Abweichungen von der erwarteten Entwicklung früh erkennen lassen.
- Rezidivsuche und Restaging: Nach Abschluss der Therapie werden Krebspatienten umfassend im Rahmen der Nachsorge betreut, was regelmäßige Untersuchungen auf Rezidive beinhaltet. Hintergrund: Nicht sichtbare Tumorreste oder im Körper zirkulierende Krebszellen können ein Wiederaufflammen der Erkrankung verursachen. Mithilfe der FDG-PET-CT lassen sich auffällige Gewebeveränderungen dahingehend befunden, ob sie vitales Tumorgewebe enthalten.
Entzündungsdiagnostik und neurologische Fragestellungen
Neben der Onkologie kommt die FDG-PET-CT auch in anderen Fällen zum Einsatz, etwa zur Suche nach Entzündungsherden, wenn Fieber ohne erkennbare Ursache (FUO, Fever of Unknown Origin) auftritt oder der Verdacht auf Entzündungen der Blutgefäßwände bzw. einer entzündlichen Veränderung nach einer Operation besteht.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Neurologie, denn mithilfe der FDG-PET-CT können verschiedene Demenzformen voneinander unterschieden werden. Dies ist deshalb möglich, weil die degenerativen Prozesse im Gehirn – unter anderem bei der Alzheimer-Demenz sowie der frontotemporalen Demenz oder der Lewy-Körper-Demenz – charakteristische Muster im regionalen Glukosestoffwechsel hinterlassen, die in der FDG-PET-CT zu erkennen sind.
Auswertung der FDG-PET-CT
Die Befundung der FDG-PET-CT erfolgt über die Fusion der PET- und CT-Aufnahmen. Damit ist es möglich, die Stoffwechselaktivität anatomisch genau zu lokalisieren und die Morphologie der auffälligen Bereiche auszuwerten. Erst durch das Übereinanderlegen der Datensätze wird die präzise Befundung im Rahmen der PET-CT ermöglicht.
Dabei spielt ein Parameter – der SUV (Standardized Uptake Value) – eine zentrale Rolle. Mit seiner Hilfe ist die Bewertung der Aktivitätsverteilung des Tracers möglich. Dazu werden der radioaktive Zerfall, das Gewicht des Patienten und die Dosis berücksichtigt. Anhand des SUV sind An- und Abreicherungen (Aufnahmedefizite) zu erkennen. Im gesunden Gewebe liegt der Wert meist zwischen eins und zwei. Bei einer malignen Raumforderung kann er indes um ein Vielfaches höher liegen.
Sprechen alle Tumorarten auf die FDG-PET-CT an?
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Ein hoher Zuckerstoffwechsel tritt nicht bei allen Krebsarten auf.
- Gerade bei hochdifferenzierten Tumoren ist die FDG-Aufnahme oft geringer ausgeprägt.
- Für diese Krebsvarianten hat die Medizin spezielle Tracer entwickelt.
Mithilfe des Glukoseanalogons lassen sich viele Tumore in Bezug auf die Ausbreitungsdiagnostik beurteilen. Die Aussagekraft der FDG-PET-CT hat aber Grenzen, da sich nicht für alle Krebserkrankungen pauschal ein gegenüber dem Nachbargewebe erhöhter Glukosestoffwechsel nachweisen lässt.
Zu diesen Karzinomen gehören gut differenzierte Tumore (ähneln zellbiologisch noch stark gesundem Gewebe und verhalten sich meist weniger aggressiv) wie einige Varianten des Prostatakarzinoms und hochdifferenzierte neuroendokrine Tumore (NET). Bei diesen bietet die FDG-Untersuchung keine hinreichend hohe Sensitivität.
Aber: Der Nuklearmedizin stehen hier tumorspezifische Tracer zur Verfügung – etwa DOTATOC für NET oder PSMA-Liganden für Prostatakarzinome. Diese binden sich an spezielle Oberflächenstrukturen der Krebszellen und reichern sich dadurch an. Auf der anderen Seite sprechen viele niedrigdifferenzierte und aggressive Tumorvarianten bei den Lymphomen, Lungenkrebs (Bronchialkarzinomen) oder Darmkrebs gut auf FDG an. Die Wahl des geeigneten Tracers richtet sich immer nach der zugrunde liegenden Tumorentität und der konkreten diagnostischen Fragestellung.
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Fazit: Die FDG-PET-CT spielt in der Onkologie als Bildgebungsverfahren eine große Rolle
Durch den Einsatz des radioaktiv markierten Zuckers steht der Krebsmedizin mit der FDG-PET-CT ein Verfahren zur Verfügung, das gerade beim Staging und der Rezidivsuche eine Rolle spielt. Beides sind diagnostische Maßnahmen, die für Behandlungsentscheidungen eine zentrale Rolle spielen.
Die Feststellung, ob sich bereits Metastasen gebildet haben oder noch nicht, ist für die Behandlung von erheblicher Bedeutung. Sind noch keine Tochtergeschwüre vorhanden, kommt die Resektion als Therapieansatz (begleitend mit Strahlen- oder Chemotherapie) in Betracht. Bei einer ausgedehnten Streuung bedarf es hingegen eines systemischen Ansatzes. Der Stellenwert der FDG-PET-CT ist heute so hoch, dass sie als Verfahren in verschiedenen Leitlinien empfohlen wird.
FAQ zur Bedeutung der FDG-PET-CT: Die wichtigsten Fragen und Antworten
Wie lange dauert eine FDG-PET-CT im Durchschnitt?
Die Gesamtdauer beläuft sich in der Regel auf circa zwei bis drei Stunden. Dabei entfällt ein hoher Anteil auf die Anreicherungsphase des Tracers im Gewebe, die zwischen 60 und 90 Minuten in Anspruch nehmen kann. Die eigentliche Bildakquisition am Gerät dauert anschließend etwa 20 bis 30 Minuten.
Welche Regeln gelten für die Vorbereitung auf die FDG-PET-CT?
Ein zentrales Element ist die Nüchternheit von mindestens vier bis sechs Stunden vor der Untersuchung, da Zucker und Kohlenhydrate die Traceranreicherung im Tumorgewebe beeinträchtigen würden. Auch sollte auf kohlenhydratreiche Flüssigkeiten verzichtet werden. Patienten mit Diabetes mellitus ist zu empfehlen, vorab das Vorgehen in Bezug auf die Einnahme von Medikamenten abzuklären.
Wird die FDG-PET-CT in der Tumornachsorge immer eingesetzt?
Nein, es findet in diesem Zusammenhang stets eine Abwägung statt. Besonders die Tumorart und ihre Biologie spielen in diesem Zusammenhang eine Rolle. Ob die FDG‑PET‑gestützte Nachsorge in Betracht kommt, richtet sich nach der Affinität der Tumorart gegenüber dem Tracer, der Einschätzung des Rezidivrisikos und der Verfügbarkeit alternativer Verfahren.
[1] Feron O. Pyruvate into lactate and back: from the Warburg effect to symbiotic energy fuel exchange in cancer cells. Radiother Oncol. 2009 Sep;92(3):329-33. doi: 10.1016/j.radonc.2009.06.025. Epub 2009 Jul 13. PMID: 19604589.
[2] Larson SM. Gallagher’s Principle of Metabolic Trapping. J Nucl Med. 2020 Dec;61(Suppl 2):74S-76S. doi: 10.2967/jnumed.120.251942. PMID: 33293453.
[3] Ashraf MA, Goyal A. Fludeoxyglucose (18F) [Updated 2023 Aug 28]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2026 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557653/
