التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني باستخدام 64-Copper كمتتبع لدراسة الاضطرابات المرتبطة بالنحاس

Summary

يصف هذا البروتوكول كيفية إجراء ^{تصوير 64}Cu PET / CT و PET / MRI في البشر لدراسة الاضطرابات المرتبطة بالنحاس ، مثل مرض ويلسون ، وتأثير العلاج على استقلاب النحاس.

Abstract

النحاس هو عنصر تتبع أساسي ، يعمل في الحفز والإشارات في النظم البيولوجية. تم استخدام النحاس المشع لعقود في دراسة استقلاب النحاس الأساسي للإنسان والحيوان والاضطرابات المرتبطة بالنحاس ، مثل مرض ويلسون (WD) ومرض مينكي. إضافة حديثة إلى مجموعة الأدوات هذه هي التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني 64 نحاسا (⁶⁴نحاسا) (PET) ، حيث يجمع بين التصوير التشريحي الدقيق للتصوير المقطعي المحوسب الحديث (CT) أو التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) مع التوزيع البيولوجي لإشارة ^{تتبع 64}Cu PET. وهذا يسمح بالتتبع في الجسم الحي لتدفقات النحاس والحركية ، وبالتالي تصور حركة الأعضاء النحاسية البشرية والحيوانية والتمثيل الغذائي مباشرة. وبالتالي ، فإن ⁶⁴Cu PET مناسب تماما لتقييم آثار العلاج السريري وما قبل السريري وقد أثبت بالفعل القدرة على تشخيص WD بدقة. علاوة على ذلك ، أثبتت ⁶⁴دراسة Cu PET / CT قيمتها في مجالات علمية أخرى مثل أبحاث السرطان والسكتة الدماغية. توضح هذه المقالة كيفية إجراء ⁶⁴Cu PET / CT أو PET / MR في البشر. يتم عرض إجراءات التعامل مع ⁶⁴Cu ، وإعداد المريض ، وإعداد الماسح الضوئي هنا.

Introduction

النحاس هو عامل مساعد تحفيزي حيوي يقود العديد من العمليات الكيميائية الحيوية الهامة الضرورية للحياة ، والعيوب في توازن النحاس مسؤولة بشكل مباشر عن الأمراض البشرية. الطفرات في جينات ATP7A أو ATP7B ، التي تشفر ATPases الناقلة للنحاس ، تسبب أمراض مينكي وويلسون ، على التوالي. مرض مينكي (ATP7A) هو اضطراب مميت نادر من فرط تراكم النحاس المعوي مع نقص حاد في النحاس في الأنسجة المحيطية وعجز في الإنزيمات المعتمدة على النحاس¹. مرض ويلسون (WD) (ATP7B) هو مرض نادر يتميز بعدم القدرة على إفراز النحاس الزائد إلى الصفراء ، مما يؤدي إلى زيادة الحمل الزائد للنحاس وتلف الأعضاء اللاحق ، مما يؤثر بشدة على الكبد والدماغ².

استخدمت الدراسات حول استقلاب النحاس النحاس المسمى إشعاعيا (عادة 64-نحاس [⁶⁴نحاس] أو 67-نحاس) لعقود ، وقد أثبتت هذه الدراسات أنها لا تقدر بثمن لفهمنا لاستقلاب النحاس في الثدييات ، بما في ذلك موقع الامتصاص ومسارات الإفراز³،⁴،^5،6. في السابق ، تم استخدام عدادات جاما للكشف عن الإشارة المشعة بدقة تشريحية محدودة ، ولكن في الآونة الأخيرة ، تم إدخال ⁶⁴التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) جنبا إلى جنب مع التصوير المقطعي المحوسب (CT) أو التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في كل من الدراسات البشرية والحيوانية. اليوم ، تتمتع الماسحات الضوئية PET بحساسية عالية بحيث يمكن تتبع ⁶⁴Cu لمدة تصل إلى 70 ساعة بعد الحقن. يسمح عمر النصف الطويل البالغ 12.7 ساعة ل ⁶⁴نحاس بإجراء تقييم طويل الأجل لتدفقات النحاس. دخل هذا التحسن في القرار مؤخرا مجال دراسات النحاس ، وبدأت الدراسات حول استقلاب النحاس الطبيعي والمرضي ، وكذلك الدراسات التي تقيم تأثير علاجات محددة ، في الظهور. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إدخال ماسحات PET لكامل الجسم مع مجال رؤية ممتد سيزيد من تعزيز حساسية هذه الفحوصات.

تهدف هذه الورقة المنهجية إلى تمكين الأطباء والعلماء من إضافة ⁶⁴Cu PET CT / MRI إلى ذخيرة الأدوات الحالية كطريقة قوية وسهلة الاستخدام لتقييم استقلاب النحاس بطريقة قابلة للمقارنة بين أقسام الطب النووي. يمكن إنتاج ⁶⁴نحاس نحاس باستخدام طرق مختلفة وعادة ما يتم إجراؤه في مرافق خاصة. من بين التفاعلات النووية ، يتم استخدام طريقة 64 Ni (p ، n) 64 Cu على نطاق واسع ، حيث يمكن الحصول على عائد إنتاج مرتفع يبلغ ⁶⁴Cu مع بروتونات منخفضة الطاقة في هذا الطريق ^7,8. الوصف التفصيلي لطرق الإنتاج خارج نطاق هذا العمل ، وسيختلف التوافر حسب البلد والمنطقة.

في هذه المقالة ، نصف أولا إعداد الكيمياء الإشعاعية اللازمة والتتبع. بعد ذلك ، يتم توضيح مبادئ إعداد ماسحات PET / CT أو PET / MRI.

Protocol

تمت الموافقة على عدد قليل من التجارب السريرية باستخدام بروتوكول ⁶⁴Cu PET / CT أو PET / MRI من قبل لجنة الأخلاقيات الإقليمية لمنطقة Midt ، الدنمارك [1-10-72-196-16 (EudraCT 2016-001975-59) ، 1-10-72-41-19 (EudraCT 2019-000905-57) ، 1-10-72-343-20 (EudraCT 2020-005832-31) ، 1-10-72-25-21 (EudraCT 2021-000102-25) ، و 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. تم الحصول على موافقة خطية مستنيرة من المشاركين عند التسجيل. كانت معايير الإدراج لجميع المشاركين هي سن >18 عاما ، وبالنسبة للإناث استخدام وسائل منع الحمل الآمنة. كانت معايير الاستبعاد لمرضى مرض ويلسون هي تليف الكبد اللا تعويضي ، أو نموذج لمرض الكبد في المرحلة النهائية (MELD) >11 ، أو درجة ناظر المعدلة >6. كانت معايير الاستبعاد لجميع المشاركين هي فرط الحساسية المعروف ل ⁶⁴Cu أو مكونات أخرى في تركيبة التتبع أو الحمل أو الرضاعة الطبيعية أو الرغبة في الحمل قبل نهاية التجربة.

1. إعداد ⁶⁴CuCl₂

1. قم بإذابة المادة ^{الصلبة 64}CuCl₂ في حمض الهيدروكلوريك (0.1 M) وأضف محلول أسيتات الصوديوم (0.5 M) لزيادة الرقم الهيدروجيني إلى ~ 5. قم بصياغة محلول ملحي ومرشح تعقيم المحلول عن طريق تمريره عبر مرشح 0.22 ميكرومتر (انظر جدول المواد).
   ملاحظة: يتم إنتاج محلول أسيتات الصوديوم (0.5 متر) من ثلاثي هيدرات أسيتات الصوديوم والماء المعقم الذي يتم تمريره عبر مرشح تعقيم 0.22 ميكرومتر.
2. لمراقبة جودة محلول ⁶⁴CuCl₂ المنتج ، قم بإجراء قياس الأس الهيدروجيني ، واختبار السموم الداخلية البكتيرية ، وتحديد النقاء الكيميائي الإشعاعي ، وتحديد النويدات^{المشعة 7,8}.
3. قم بتخزين المنتج في حاوية رصاص في درجة حرارة الغرفة واحتفظ به في الحجر الصحي حتى يتم استيفاء جميع مواصفات مراقبة الجودة بشكل مرض.
   ملاحظة: بالنسبة للدراسة الحالية ، تم إنتاج ⁶⁴CuCl₂ بنقاوة نوكليدية مشعة ≥99٪ ونقاء كيميائي إشعاعي ≥95٪). تم الحصول على المادة الصلبة ⁶⁴CuCl₂ ، المستخدمة كمواد أولية ، من مصدر تجاري (انظر جدول المواد).

2. إعداد الماسح الضوئي PET

1. قم بإجراء فحص الجودة (QC)⁹ على الماسحة الضوئية، باتباع بروتوكول الشركة المصنعة (انظر جدول المواد).
   ملاحظة: يجب إجراء مراقبة الجودة يوميا في الصباح قبل فحص المريض.

3. رسم المقتفي للحقن في الوريد (IV) ولكل إعطاء عن طريق الفم (PO)

1. ارتد قفازات بلاستيكية وقم بإزالة الغطاء من حاوية الرصاص.
2. استخدم ملاقط طويلة لتطهير الغشاء المطاطي للزجاجة الزجاجية المحتوية على مادة التتبع داخل حاوية الرصاص باستخدام مسحة التطهير.
3. استخدم الملقط لإدخال قنية قصيرة (~ 0.5 مم × 16 مم) في الغشاء لتجنب الانسكاب من الفراغ داخل الزجاجة.
4. استخدم الملقط لإدخال قنية أطول للسحب منها. يجب أن تكون هذه القنية طويلة بما يكفي للوصول إلى قاع الزجاجة (عادة 50 مم).
5. تأكد من معايرة معاير الجرعة (انظر جدول المواد) ل ⁶⁴Cu. احسب حجما تقريبيا للرسم للسحب الأول.
   ملاحظة: من تقارير مراقبة الجودة الكيميائية ، ستكون كمية النشاط وحجم السائل متاحة ، مما يسمح بحساب الحجم التقريبي للسحب.
6. ارتد قفازات بلاستيكية ، وأدخل حقنة بلاستيكية بحجم مناسب في القنية الطويلة ، وارسم الحجم المحسوب. سيعتمد هذا الحجم على تركيز 64 Cu في المنتج ومقدار ⁶⁴Cu الذي يتم تحديده للبروتوكول (انظر حسابات الجرعة تحت النتائج التمثيلية).
7. استخدم الملقط لتثبيت القنية أثناء تحريك المحقنة إلى معاير الجرعة لقياس النشاط الإشعاعي.
8. استمر في الرسم حتى يتم الوصول إلى كمية النشاط الإشعاعي المناسبة. سيبقى ما يقرب من 5 ٪ من المقتفي في المحقنة والقنية بعد الحقن.
   ملاحظة: لا ينبغي تخفيف ⁶⁴Cu في الماء المالح ، حيث قد يترسب التتبع. وبالتالي ، لا يمكن شطف المحقنة بالماء المالح بعد الحقن (هذا لا ينطبق على إعطاء PO).
9. باستخدام الملقط ، ضع قنية بغطاء (~ 16 مم قنية) لإغلاق المحقنة وتخزينها في حاوية رصاص حتى التطبيق.

4. تطبيق التتبع

1. الحقن الوريدي
   1. أدخل قنية في الوريد (~ 22 جم ، 25 مم) ، ويفضل أن يكون ذلك في الوريد المرفقي ، واشطفها بالماء المالح لضمان وضعها الصحيح.
      ملاحظة: يجب أن تتوفر ورقة عمل تحمل اسم المشارك وختم أو توقيع لإطلاق مراقبة جودة المقتفي والنقاط الزمنية والنشاط الإشعاعي للرسم والحقن وبقايا التتبع.
   2. قم بقياس النشاط الإشعاعي في المحقنة باستخدام معاير الجرعة المتاح ولاحظ الوقت والنشاط في ورقة العمل.
   3. انقل المحقنة في حاوية رصاص إلى جانب سرير المشارك.
   4. في حالة حدوث أي تسرب من الحقن ، ضع منديلا تحت مرفق المشارك حتى يمكن قياس النشاط الإشعاعي المنسكب.
   5. باستخدام الملقط ، قم بإزالة الغطاء / القنية من المحقنة ، وباستخدام قفازات بلاستيكية ، قم بتوصيل المحقنة بالمدخل الوريدي. لاحظ الوقت في ورقة العمل وأدخل في حركة واحدة ثابتة.
      ملاحظة: كما ذكرنا سابقا ، لا ينبغي شطف المحقنة بمحلول ملحي لأن المقتفي قد يترسب.
   6. أخرج المحقنة من المدخل الوريدي ، وضعها على الغطاء / القنية ، وضعها في حاوية الرصاص مع المنديل إذا لزم الأمر.
   7. اشطف المدخل الوريدي بالماء المالح.
   8. لاحظ الوقت والنشاط الإشعاعي المتبقي في المحقنة في ورقة العمل.
      ملاحظة: يتم حساب النشاط المحقون على أنه الفرق بين نشاط المحقنة قبل الحقن وبعده ، ولكن باستخدام بروتوكول فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني لتصحيح التسوس. وبالتالي ، يتم إدخال جميع النقاط الزمنية الثلاث (قياسات السحب والحقن والبقايا) والنشاط الإشعاعي المقاس عند السحب والقياسات المتبقية في بروتوكول فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني عند فحص المشارك (انظر الخطوة 5).
   9. تخلص من المواد المتبقية بشكل مناسب ، وفقا للوائح السلامة المؤسسية.
   10. قم بإزالة الوصول الوريدي. في حالة ظهور أي ردود فعل تحسسية ، اترك المدخل الوريدي لمدة 30 دقيقة.
2. تناوله عن طريق الفم
   ملاحظة: يجب أن تتوفر ورقة عمل تحمل اسم المشارك وختم أو توقيع لإطلاق مراقبة جودة المقتفي والنقاط الزمنية والنشاط الإشعاعي للرسم والإدارة وتتبع البقايا.
   1. في كوب بلاستيكي ناعم وقابل للتصرف ، صب حوالي 100 مل من الماء أو الودي ؛ ⁶⁴النحاس لا طعم له. يجب أن تتوفر قش بلاستيكي يمكن التخلص منه وكيس بلاستيكي صغير يمكن التخلص منه.
   2. قم بقياس النشاط الإشعاعي في المحقنة باستخدام معاير الجرعة المتاح ولاحظ الوقت والنشاط في ورقة العمل.
   3. انقل المحقنة في حاوية رصاص إلى جانب سرير المشارك. يجب أن يجلس المشارك على سرير أو كرسي.
   4. قم بإزالة الغطاء / القنية من المحقنة بملاقط ، وارتداء قفازات بلاستيكية ، قم بحقن المقتفي في الكوب ، مع الحرص على عدم انسكاب أي منها. اسحب القليل من الماء / الودي وحقنه في الكوب مرة أخرى.
   5. ضع قشة بلاستيكية في الكوب (هذا لتقليل خطر التسرب عندما يشرب المشارك).
   6. لاحظ الوقت في ورقة العمل ودع المشارك يشرب. يجب أن يكون الكوب فارغا قدر الإمكان.
   7. ضع الكوب الفارغ والقش في الكيس البلاستيكي القابل للتصرف مع المحقنة الفارغة وضعها في حاوية الرصاص.
   8. لاحظ الوقت وقم بقياس النشاط الإشعاعي المتبقي في المحقنة. ملاحظة في ورقة العمل.
      ملاحظة: يتم حساب النشاط المحقون على أنه الفرق بين نشاط المحقنة قبل الحقن وبعده ، ولكن باستخدام بروتوكول فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني لتصحيح التسوس.
وبالتالي ، يتم إدخال جميع النقاط الزمنية الثلاث (السحب والحقن والقياسات المتبقية) والنشاط الإشعاعي المقاس عند السحب والقياس المتبقي في بروتوكول مسح التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني عند فحص المشارك (انظر المسح الضوئي).
3. تخلص من المواد المتبقية بشكل مناسب ، وفقا للوائح السلامة المؤسسية.
   ملاحظة: قد يكون من المناسب مراقبة المشارك لردود الفعل التحسسية الحادة لمدة 30 دقيقة بعد تناوله.

5. التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني

1. ضع المشارك في وضع ضعيف في الماسح الضوئي.
2. قم بإجراء فحص بالأشعة المقطعية أو التصوير بالرنين المغناطيسي لتخطيط المنطقة المحددة التي سيتم فحصها أثناء فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.
3. لاحظ وقت السحب والحقن وقياس البقايا والنشاط الإشعاعي عند السحب وقياس البقايا في بروتوكول PET.
4. قم بإجراء فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني باتباع الخطوات أدناه.
   ملاحظة: يجب توحيد بروتوكول التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني فيما يتعلق بمدة المسح ومعلمات إعادة بناء الصورة لجميع المشاركين في نفس الدراسة؛ يجب اتباع التقارير المنشورة¹⁰،^11،12.
   1. قم بإجراء فحوصات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الثابتة مع وقت مسح يبلغ 4.5 دقيقة / سرير لمدة تصل إلى 24 ساعة بعد إعطاء التتبع ، و 10 دقائق / سرير لمدة تصل إلى 68 ساعة بعد إعطاء التتبع (لمزيد من التفاصيل ، انظر الفحص تحت النتائج التمثيلية).
      ملاحظة: أثناء المسح الضوئي الديناميكي بالتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، يتم تسجيل الاضمحلال باستمرار ثم تقسيمه إلى هيكل إطار. يسمح ذلك باختيار الإطارات من فترات زمنية قصيرة للتأكيد على ديناميكيات توزيع ⁶⁴Cu ، والإطارات من فترات زمنية أطول لتحديد أولويات الحساسية. عادة ، يتم اختيار فترات أقصر مباشرة بعد الحقن وتزداد تدريجيا بعد ذلك¹⁰.

6. إعادة بناء الصورة

1. أعد بناء الصور باستخدام أفضل التصحيحات المتاحة لوظيفة التوهين والتشتت ووقت الرحلة وانتشار النقطة.
   ملاحظة: يجب تحديد معلمات إعادة بناء الصورة بعناية لتحسين خصائص الصورة ، مثل استعادة الإشارة والإشارة إلى الضوضاء. بالنسبة للدراسات متعددة المراكز ، من الأهمية بمكان توحيد جودة الصورة بين المراكز.

7. تحليل البيانات

ملاحظة: تصف الدراسة الحالية طريقة بسيطة لتحديد محتوى ⁶⁴Cu في الكبد. يتم قياس إشارة PET كقيمة امتصاص قياسية (SUV) ، وتركيز النشاط الإشعاعي للأنسجة المعدل لنشاط حقن وزن المشارك و / أو كيلوبيكريل (kBq) لكل مل من الأنسجة.

1. قم بتنزيل البيانات إلى برنامج مناسب ، على سبيل المثال ، ملفات Dicom ، إلى PMOD.
   ملاحظة: من المحتمل أن يكون هناك العديد من البرامج المختلفة لتحليل صور PET، مثل Hermes أو PMOD (انظر جدول المواد).
2. اضبط نغمات التصوير المقطعي المحوسب / الرنين المغناطيسي للتمييز بين الهياكل التشريحية.
3. تأكد من تداخل الفحص التشريحي وفحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.
4. العمل في المستوى الأفقي مع أفضل التصوير بالرنين المغناطيسي أو التصوير المقطعي المحوسب ، توطين الكبد والهياكل الكبيرة.
5. ضع حجما مناسبا من الاهتمام (VOI) أو العديد من VOIs في الكبد.
   ملاحظة: VOI هي منطقة محددة من الأنسجة حيث يتم قياس سيارات الدفع الرباعي. يتكون VOI من مناطق متعددة ذات أهمية (ROIs) ، وهي مناطق الأنسجة في مستوى واحد. تحتوي العديد من البرامج على VOIs كروية كإعداد مسبق ، مما يعني أنه لا يلزم رسم عائد استثمار متعدد (واحد في كل مستوى) لتشكيل VOI. يميل الفص الكبدي الأيمن إلى أن يكون أكثر تجانسا ، وبالتالي فهو في وضع جيد لوضع VOIs.
6. ضع العديد من VOIs في فص الكبد الأيمن في مستويات أفقية مختلفة لتحقيق القياس الأكثر دقة للنشاط ، حيث قد تختلف سيارات الدفع الرباعي إلى حد ما (~ 5٪) في فص الكبد الأيمن. احسب متوسط سيارات الدفع الرباعي لهذه VOIs.
7. لتحديد كمية سيارات الدفع الرباعي ، على سبيل المثال ، في الكبد بأكمله ، ارسم عائد استثمار يغطي حجم الكبد بالكامل في كل مستوى لدراسات قياس الجرعات.
   ملاحظة: تجنب الهياكل الكبيرة مثل الشرايين والأوردة عند استخدام هذه الطريقة.

النتائج

حساب الجرعة
استنادا إلى حسابات قياس الجرعات، تبلغ جرعة النشاط الإشعاعي الفعالة للإعطاء الوريدي 62 ± 5 μSv/MBq¹⁰. وبالتالي ، يوصى بجرعة 50 ميجابايت اعتمادا على الإطار الزمني. ما يصل إلى 75-80 MBq قابل للتطبيق لفحوصات أطول ويوفر صورا عالية الجودة دون تجاوز الجرعة المعتمدة أخلا...

Discussion

تشبه هذه الطريقة أي طريقة أخرى من طرق التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ، لكن عمر النصف الطويل البالغ 12.7 ساعة يوفر الفرصة للتحقيق في تدفقات النحاس على المدى الطويل (لدينا نتائج جيدة من ما يصل إلى 68 ساعة بعد حقن التتبع الوريدي). يجب التعامل مع جميع الخطوات الواردة في البروتوكول من قبل مو?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.22 micrometer sterilizing filter	Merck Life Science
Cannula 21 G 50 mm	BD Microlance	301155
Cannula 25 G 16 mm	BD Microlance	300600
Dose calibrator	Capintec CRC-PC calibrator
PET/CT scanner	Siemens: Biograph
PET/MR scanner	GE Signa
PMOD version 4.0	PMOD Technologies LLC
Saline solution 0.9% NaCl	Fresenius Kabi
Sodium acetate trihydrate BioUltra	Sigma Aldrich	71188
Solid 64CuCl2	Danish Technical University Risø
Sterile water	Fresenius Kabi
Venflon 22 G 25 mm	BD Venflon Pro Safety	393280