Tracer
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 5. September 2026Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Tracer sind körpereigene oder körperfremde Substanzen, die radioaktiv markiert werden, um nach Einbringung in den Körper des Patienten an dessen Stoffwechselprozessen teilzunehmen. Der Name ist vom englischen Wort für Spur abgeleitet. Anhand der Spuren und Markierungen, die die Tracer im Körper des erkrankten Patienten hinterlassen, ermöglichen und erleichtern sie Forschern, Radiologen und Nuklearmedizinern unterschiedliche Untersuchungen. Gebräuchlich sind auch die Bezeichnungen Radioindikator und Radiopharmakon; als Radionuklid wird dabei genauer der radioaktive Bestandteil bezeichnet, der an eine organaffine Trägersubstanz gekoppelt ist. Vom Kontrastmittel unterscheidet sich der Tracer grundlegend: Kontrastmittel verändern die Abschwächung von Röntgenstrahlen oder das Signalverhalten in der Magnetresonanztomographie und werden in vergleichsweise großen Mengen gegeben, während der Tracer selbst Strahlung aussendet und nur in Spurenmengen eingesetzt wird.
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Was sind Tracer?
Der Begriff Tracer wird der Nuklearmedizin zugeordnet. Diese Markierungssubstanz in der metabolischen Untersuchung ist ein möglichst kurzlebiges Radionuklid (Radioindikator), das eine minimale Strahlendosis verursacht.
Diese beigemischte Tracer-Dosis fungiert durch ihre registrierte Strahlung als Spürsubstanz im menschlichen Körper, um Untersuchungen und Therapien erkrankter Patienten zu erleichtern. Es handelt sich um körperfremde oder körpereigene mit radioaktiven Stoffen versetzte Substanzen. Der organaffine Bestandteil ist für die Anreicherung dieser Substanzen in den Organen zuständig. Das Radionuklid ermöglicht die Messung dieses Anreicherungsprozesses.
Es nimmt am Stoffwechselprozess (Metabolismus) des Organismus teil und dient als Grundlage für Diagnostik, Therapie und Forschung. Auch von außen in den Organismus eingebrachte Radionuklide werden als Tracer bezeichnet, da sie dieselben Aufgaben erfüllen. Tracer werden angereichert mit dosierten Einheiten organaffiner Stoffe in Form von Kits geliefert. Das benötigte Radionuklid wird entsprechend beigemischt.
Das Prinzip geht auf den ungarischen Chemiker George de Hevesy (1885 bis 1966) zurück, der es 1913 gemeinsam mit Fritz Paneth beschrieb: Ein chemisches Element lässt sich verfolgen, indem man ihm eine winzige Menge seines radioaktiven Isotops beimischt. Chemisch verhält sich diese Beimischung wie das gewöhnliche Element und nimmt an denselben Reaktionen teil, physikalisch verrät sie sich durch ihre Strahlung. Für diese Arbeiten erhielt Hevesy 1943 den Nobelpreis für Chemie. Aus dem Laborkniff wurde in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts ein eigenes medizinisches Fach, das sich von den übrigen bildgebenden Verfahren in einem Punkt grundsätzlich unterscheidet: Die Strahlung kommt nicht von außen, sondern aus dem Körper des Untersuchten selbst.
Damit ein Radionuklid für die Anwendung am Menschen taugt, muss es mehrere Bedingungen zugleich erfüllen. Seine Strahlung soll den Körper verlassen können, damit sie von außen messbar ist, und dabei möglichst wenig Energie im Gewebe zurücklassen; deshalb wird für die Diagnostik Gammastrahlung bevorzugt. Seine Halbwertszeit soll lang genug sein, um die Anreicherung im Zielorgan abzuwarten, und kurz genug, damit die Strahlung danach rasch abklingt. Beim in der Diagnostik am häufigsten eingesetzten 99mTechnetium beträgt die physikalische Halbwertszeit rund sechs Stunden, die Energie der ausgesandten Gammastrahlung liegt bei etwa 140 Kiloelektronenvolt. Dieser Wert ist gewissermaßen der Idealfall: hoch genug, um den Körper zu durchdringen und die Messköpfe zu erreichen, und niedrig genug, um das Gewebe wenig zu belasten.
Neben der physikalischen Halbwertszeit, die allein vom Zerfall abhängt, steht die biologische Halbwertszeit, die angibt, wie schnell der Körper die Substanz wieder ausscheidet. Beide zusammen ergeben die effektive Halbwertszeit, also die Zeitspanne, über die der Stoff tatsächlich strahlend im Körper verbleibt. Sie ist stets kürzer als jede der beiden Einzelgrößen und die eigentlich maßgebliche Zahl für die Strahlenbelastung des Untersuchten.
Der Nachschub ist ein Problem für sich. Weil kurzlebige Nuklide sich nicht vorrätig halten lassen, werden sie erst am Ort der Anwendung gewonnen. 99mTechnetium entsteht aus dem längerlebigen Mutternuklid 99Molybdän, dessen Halbwertszeit bei etwa 66 Stunden liegt; der Generator, in dem dieser Zerfall abläuft, wird der Klinik geliefert und dort täglich neu eluiert. Nuklide wie das für die Positronen-Emissions-Tomographie wichtige 18Fluor haben eine noch kürzere Halbwertszeit und werden in einem Teilchenbeschleuniger erzeugt; sie müssen deshalb in erreichbarer Nähe des Untersuchungsortes hergestellt und binnen weniger Stunden verwendet werden. Die Zubereitung der fertigen Substanz erfolgt in der Radiopharmazie unter den Bedingungen der Arzneimittelherstellung, denn ein Tracer ist rechtlich ein Arzneimittel und nicht bloß ein Messhilfsmittel.
Funktion, Wirkung & Ziele
Die moderne Medizin versucht, dieses Risiko zu minimieren, indem sie sogenannte Marker und spezielle Modifikationen einsetzt, um die Selektivität zwischen malignen und gesundem Gewebe zu erhöhen und den Patienten damit zu schonen. Die interne Strahlentherapie verwendet Isotope, deren Strahlung nur eine geringe Reichweite hat, damit das umliegende gesunde Gewebe möglichst wenig belastet wird. Weist der Patient Tumore in Rektum, Nase, Mund und Uterus auf, bevorzugen die Radiologen die intrakavitäre Strahlentherapie. Die Behandlung erfolgt durch das Einbringen mit Radionukliden versetzter Kapseln in die betroffenen Organhöhlen. Dort entfalten die Kapseln nach und nach ihre Wirkung. Durch das Afterloading-Verfahren erfolgt die Einführung leerer Kapseln, die anschließend im Organismus mit radioaktiven Substanzen befüllt werden. Verwendung findet hierbei das Isotop 192Ir (Iridium).
Die metabolische Strahlentherapie ist in der Forschung am stärksten vertreten. Sie beruht auf der Injektion von Radionukliden, die an Tracer gebunden sind. Diese fungieren als Träger-Moleküle, die in der Lage sind, Neoplasien zu erkennen und die Radionuklide an den betroffenen Stellen freizusetzen. Die Selektivität erhöht sich durch diesen gezielten Einsatz um Potenzen, schont den Patienten und verbessert dessen Überlebenschancen. Forscher versuchen derzeit, diese Therapieform soweit voranzubringen, dass für alle Arten von malignem neoplastischem Gewebe synthetische Trägermoleküle zur Verfügung stehen, um das Radionuklid freizusetzen. Sind die Forscher erfolgreich in ihren Bemühungen, erhöht diese Vorgehensweise die Therapieeffizienz und die Heilungsraten. Derzeit findet die Radiojodtherapie unter Einsatz des 131I-Isotopes (Iod, Iodine) Verwendung.
Auch in der Diagnostik setzen die Mediziner Radioindikatoren ein. Sie werden den Patienten verabreicht, um im Gewebe oder in bestimmten Organen am Stoffwechsel teilzunehmen. Radioaktiv markierte Atome werden durch diese Tracer in verschiedene Stoffwechselprodukte eingeschleust. Detektoren erfassen die von den markierten Atomen emittierte radioaktive Strahlung. Radiologen verwenden das so gewonnene Ergebnis, um Neoplasien und Stoffwechselstörungen zu diagnostizieren. Durch die State of the Art-Methode der Szintigraphie wird das künstliche, metastabile 99mTechnetium (Nuklidgenerator) verwendet. Bei der Umwandlung von 99mTc in das 99Tc wird ausschließlich eine weiche Gammastrahlung freigesetzt, die sich von außen messen lässt und den Organismus nur gering belastet.
Dieses Isotop ist in der Radiopharmazie besonders populär. Rund 85 Prozent der nuklearmedizinischen Untersuchungen werden unter Verwendung dieses Isotops durchgeführt. 99mTc wird aus einem sogenannten Generator mit steriler Kochsalzlösung eluiert. 99m steht für metastabil. Anschließend erfolgt die Umwandlung in das Isotop 99Tc. Der Patient bekommt eine schwach radioaktive Substanz (Tracer) in Form von 99mTechnetium in die Armvene gespritzt. Diese lagert sich in den gut durchbluteten und stoffwechselaktiven Bereichen im Körper ab. Nach etwa drei Stunden macht der Radiologe eine Aufnahme des mit den Radionukliden versehenen Körpers.
Die Tracer geben ihm nun Auskunft darüber, in welchen Bereichen sich Tumore angesiedelt haben. Dies geschieht durch eine Gammakamera, die die Strahlung misst und Tumore und andere Tracer-reiche Zonen als dunkle Flecken darstellt. Durch die Szintigraphie lassen sich kleinste Metastasen nachweisen, die auf einem regulären Röntgenbild nicht sichtbar sind. Nicht jedes Tumorgewebe reichert den Tracer allerdings vermehrt an: An der Schilddrüse etwa gelten gerade die speicherarmen, sogenannten kalten Knoten als tumorverdächtig. Tracer werden gleichfalls in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) eingesetzt.
Bei der PET ist die Strahlenbelastung gering, so dass für den menschlichen Organismus kein nennenswertes Risiko besteht. Durch die PET-Kamera machen die Tracer die Stoffwechselprozesse im Inneren des Körpers sichtbar. Auch bei dieser Untersuchung werden dem Patienten radioaktiv markierte Wirkstoffe, zum Beispiel Traubenzucker, in die Armvene gespritzt, damit der Radiotracer mit dem Blut durch den Körper fließt und sich in besonders stoffwechselaktiven Zellen anreichert.
Nach der Art der Messung werden zwei Gruppen von Untersuchungen unterschieden. Reine Gammastrahler wie 99mTechnetium werden mit einer Gammakamera erfasst; rotiert diese um den Liegenden, entsteht statt eines flächigen Bildes ein Schichtbild, die Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie, kurz SPECT. Die Positronen-Emissions-Tomographie beruht dagegen auf Nukliden, die Positronen aussenden. Ein solches Positron trifft nach kurzer Wegstrecke im Gewebe auf ein Elektron; beide löschen einander aus, und dabei entstehen zwei Photonen, die in genau entgegengesetzte Richtungen davonfliegen. Der Detektorring um den Patienten registriert beide nahezu gleichzeitig und kann daraus die Linie berechnen, auf der das Ereignis stattgefunden haben muss. Diese Zwei-Photonen-Messung ist der Grund für die feinere Auflösung und die höhere Empfindlichkeit der PET.
Beide Verfahren zeigen den Stoffwechsel, aber kaum die Anatomie: Ein heller Fleck verrät, dass sich der Tracer angereichert hat, nicht jedoch, in welchem Organ und in welcher Nachbarschaft genau. Deshalb werden sie heute meist mit einem schichtbildgebenden Verfahren in einem gemeinsamen Gerät verbunden. In einem Untersuchungsgang entstehen dann nacheinander ein Stoffwechselbild und ein Schnittbild derselben Körperregion, die anschließend übereinandergelegt werden. Gebräuchlich ist vor allem die Kombination mit der Computertomographie, seltener die mit der Magnetresonanztomographie, die ohne zusätzliche Röntgenstrahlung auskommt und den Weichteilkontrast verbessert.
Auch in der Forschung finden Tracer Einsatz. Sie ermöglichen, Stoffwechselwege und ihre Mechanismen aufzuklären und Stoffe zu markieren, die am Metabolismus teilnehmen. Die Forscher verwenden verschiedene Radiotracer, um Markierungen vorzunehmen. Das 14C-Isotop ermöglicht die Markierung kohlenstoffhaltiger Verbindungen; außerhalb der Medizin dient es der Altersbestimmung. Zur Erforschung weiterer Stoffwechselwege wird Tritium in Form des 3H-Isotops verwendet. Isotopenmarkierungen verändern die chemischen Eigenschaften der Stoffe nur sehr geringfügig. Aus diesem Grund erfolgt kein negativer äußerer Einfluss auf den Stoffwechselweg. Durch den Einsatz der Radionuklide sind die Forscher in der Lage, die Metabolisierungen und Stoffwechselwege lückenlos zu verfolgen. Die Forschung beschäftigt sich zurzeit mit dem Schwefel-Isotop 35S auf dem Gebiet der Tumordiagnostik. In der klinischen Tumordiagnostik stehen heute vor allem PET-Tracer im Vordergrund, allen voran die mit 18Fluor markierte Fluordesoxyglucose (FDG) und, beim Prostatakarzinom, radioaktiv markierte PSMA-Liganden.
Für den Patienten läuft eine nuklearmedizinische Untersuchung meist nach demselben Muster ab. Der Tracer wird in eine Armvene gespritzt, seltener eingeatmet oder geschluckt. Es folgt eine Wartezeit, in der sich die Substanz im Zielgewebe anreichert; je nach Fragestellung sind das wenige Minuten, bei Untersuchungen des Skeletts auch mehrere Stunden. Die eigentliche Aufnahme dauert dann zwischen einigen Minuten und knapp einer Stunde, in der der Untersuchte möglichst ruhig liegen muss, weil jede Bewegung das Bild unscharf werden lässt. Für einzelne Untersuchungen sind besondere Vorbereitungen nötig. Vor einer Untersuchung mit markiertem Traubenzucker etwa muss der Patient nüchtern sein, weil ein hoher Blutzuckerspiegel den Tracer aus den Zellen verdrängt und das Bild verfälscht; vor einer Untersuchung der Schilddrüse ist zu klären, ob zuvor jodhaltige Mittel gegeben wurden, weil diese die Aufnahme blockieren. Worauf im Einzelfall zu achten ist, teilt die nuklearmedizinische Abteilung vorab mit.
Aus der Diagnostik heraus hat sich in den vergangenen Jahren ein eigener Behandlungsansatz entwickelt, für den sich die Bezeichnung Theranostik eingebürgert hat, ein Kunstwort aus Therapie und Diagnostik. Der Gedanke dahinter ist einfach: Dasselbe Trägermolekül wird zweimal verwendet. Zuerst mit einem schwach strahlenden Nuklid, um zu prüfen, ob der Tumor es überhaupt aufnimmt; nur wenn er das tut, folgt der zweite Durchgang mit einem Nuklid, dessen Strahlung im Gewebe wirkt. Der diagnostische Schritt entscheidet damit unmittelbar über die Behandlung, und Patienten, bei denen der Tumor das Trägermolekül nicht bindet, bleibt eine wirkungslose Therapie erspart. Angewendet wird das Vorgehen unter anderem bei bestimmten neuroendokrinen Tumoren und beim fortgeschrittenen Prostatakarzinom.
Risiken, Nebenwirkungen & Gefahren
Die Strahlung, die von den zur Diagnostik eingesetzten Tracern ausgeht, ist vergleichbar mit der natürlichen Radioaktivität, der jeder Mensch ausgesetzt ist. Zudem scheidet der Körper die Tracer bereits nach kurzer Zeit über den Urin wieder aus. In seltenen Fällen können sie Allergien verursachen. Zur Sicherheit sollte der Mediziner seinen Patienten vor der Behandlung nach eventuell vorhandenen Allergien befragen.
Vor jeder nuklearmedizinischen Untersuchung steht die Frage, ob ihr Nutzen im Einzelfall das Risiko überwiegt. Diese sogenannte rechtfertigende Indikation muss ein fachkundiger Arzt stellen; sie ist in Deutschland gesetzlich vorgeschrieben und lässt sich nicht durch eine pauschale Anordnung ersetzen. Ist die Untersuchung gerechtfertigt, gilt für ihre Durchführung der Grundsatz, die Strahlenexposition so gering zu halten, wie es der Zweck zulässt. Dazu gehören die Wahl eines möglichst kurzlebigen Nuklids, die Beschränkung auf die notwendige Menge, die Vermeidung überflüssiger Wiederholungsaufnahmen und die Prüfung, ob eine Voruntersuchung die Frage nicht bereits beantwortet hat.
Eine Schwangerschaft ist vor der Untersuchung auszuschließen, weil ungeborene Kinder empfindlicher auf Strahlung reagieren als Erwachsene; im Zweifel wird ein Test durchgeführt oder die Untersuchung verschoben. Stillende Frauen müssen damit rechnen, dass ein Teil des Tracers in die Muttermilch übergeht. Je nach verwendeter Substanz wird das Stillen deshalb vorübergehend unterbrochen, worüber die nuklearmedizinische Abteilung im Einzelfall aufklärt.
Nach der Untersuchung geht vom Patienten selbst noch eine Zeit lang eine schwache Strahlung aus. Bei den in der Diagnostik üblichen Mengen ist das für die Umgebung ohne praktische Bedeutung; geraten wird lediglich, längeren engen Körperkontakt mit Schwangeren und Kleinkindern am Untersuchungstag zu meiden. Anders liegt es nach einer Behandlung mit therapeutisch wirksamen Mengen: Der oben genannte stationäre Aufenthalt bei der Radiojodtherapie hat genau hierin seinen Grund. Entlassen wird erst, wenn die vom Körper ausgehende Strahlung einen festgelegten Wert unterschreitet, und die Abwässer der Station werden gesondert zurückgehalten, bis die Aktivität abgeklungen ist.
Bei aller Vorsicht ist die Strahlung nicht das einzige Thema. Die Menge des eingesetzten Stoffes ist so gering, dass eine pharmakologische Wirkung im Sinne eines Arzneimittels nicht zu erwarten ist; das ist gerade der Unterschied zum Kontrastmittel, das in vergleichsweise großen Mengen gegeben wird und die Nieren belasten kann. Gelangt der Tracer beim Spritzen versehentlich neben die Vene, kann es an dieser Stelle zu einer örtlichen Reizung kommen und, weil sich die Substanz dann dort und nicht im Zielorgan anreichert, zu einem unbrauchbaren Bild.
Quellen
- Dietlein, M., Kopka, K., Schmidt, M. (Hrsg.): Nuklearmedizin.
ISBN: 9783132439269
- Schicha, H., Schober, O. (Hrsg.): Nuklearmedizin.
ISBN: 9783794567232
- Dietlein, M., Schicha, H., Kopka, K., Schmidt, M.: Nuklearmedizin.
ISBN: 9783794531097
- Reiser, M., Kuhn, F.-P., Debus, J. (Hrsg.): Duale Reihe Radiologie.
ISBN: 9783132444621
- Zechmann, C., Biedenstein, S., Giesel, F. L.: BASICS Bildgebende Verfahren.
ISBN: 9783437414732