Tomografía por emisión de positrones utilizando 64-cobre como trazador para el estudio de trastornos relacionados con el cobre

Resumen

El presente protocolo describe cómo realizar ⁶⁴imágenes de PET/CT y PET/MRI de Cu en humanos para estudiar trastornos relacionados con el cobre, como la enfermedad de Wilson, y el efecto del tratamiento sobre el metabolismo del cobre.

Resumen

El cobre es un oligoelemento esencial, que funciona en catálisis y señalización en sistemas biológicos. El cobre radiomarcado se ha utilizado durante décadas en el estudio del metabolismo básico del cobre humano y animal y los trastornos relacionados con el cobre, como la enfermedad de Wilson (WD) y la enfermedad de Menke. Una adición reciente a este kit de herramientas es la tomografía por emisión de positrones (PET) de 64 cobres (⁶⁴Cu), que combina las imágenes anatómicas precisas de los escáneres modernos de tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (RM) con la biodistribución de la señal trazadora PET de ⁶⁴Cu. Esto permite el seguimiento in vivo de los flujos y la cinética del cobre, visualizando así directamente el tráfico y el metabolismo de los órganos de cobre humanos y animales. En consecuencia, ⁶⁴Cu PET es adecuado para evaluar los efectos del tratamiento clínico y preclínico y ya ha demostrado la capacidad de diagnosticar WD con precisión. Además, ⁶⁴estudios de Cu PET / CT han demostrado ser valiosos en otras áreas científicas como la investigación del cáncer y el accidente cerebrovascular. El presente artículo muestra cómo realizar ⁶⁴Cu PET/CT o PET/MR en humanos. Aquí se muestran los procedimientos para el manejo de ⁶⁴Cu, la preparación del paciente y la configuración del escáner.

Introducción

El cobre es un cofactor catalítico vital que impulsa múltiples procesos bioquímicos importantes esenciales para la vida, y los defectos en la homeostasis del cobre son directamente responsables de las enfermedades humanas. Las mutaciones en los genes ATP7A o ATP7B, que codifican ATPasas transportadoras de cobre, causan las enfermedades de Menke y Wilson, respectivamente. La enfermedad de Menke (ATP7A) es un raro trastorno letal de hiperacumulación intestinal de cobre con deficiencia grave de cobre en los tejidos periféricos y déficit en las enzimas dependientes del cobre¹. La enfermedad de Wilson (WD) (ATP7B) es una enfermedad rara caracterizada por la incapacidad de excretar el exceso de cobre a la bilis, lo que resulta en una sobrecarga de cobre y el consiguiente daño a los órganos, afectando más gravemente al hígado y al cerebro².

Los estudios sobre el metabolismo del cobre han utilizado cobre radiomarcado (generalmente 64-cobre [⁶⁴Cu] o 67-cobre) durante décadas, y estos estudios han demostrado ser invaluables para nuestra comprensión del metabolismo del cobre en mamíferos, incluido el sitio de absorción y las vías de excreción 3,4,5,6. Anteriormente, los contadores gamma se usaban para detectar la señal radiactiva con una resolución anatómica limitada, pero recientemente, la tomografía por emisión de positrones (PET) de ⁶⁴Cu combinada con tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (RM) se ha introducido en estudios en humanos y animales. Hoy en día, los escáneres PET tienen una sensibilidad tan alta que es posible rastrear ⁶⁴Cu hasta 70 h después de la inyección. La larga vida media de 12,7 h para ⁶⁴Cu permite la evaluación a largo plazo de los flujos de cobre. Esta mejora en la resolución ha entrado recientemente en el campo de los estudios de cobre, y los estudios sobre el metabolismo normal y patológico del cobre, así como los estudios que evalúan el impacto de tratamientos específicos, están comenzando a surgir. Además, la introducción de escáneres PET de cuerpo entero con un campo de visión extendido mejorará aún más la sensibilidad de estos exámenes.

Este documento metodológico tiene como objetivo permitir a los médicos y científicos agregar ⁶⁴Cu PET CT / MRI al repertorio existente de herramientas como un método robusto y fácil de usar para evaluar el metabolismo del cobre de una manera comparable entre los departamentos de medicina nuclear. La producción de cobre ^{de 64}Cu se puede llevar a cabo utilizando diferentes métodos y generalmente se realiza en instalaciones especiales. Entre las reacciones nucleares, el método 64 Ni(p, n)64 Cu es ampliamente utilizado, ya que se puede obtener un alto rendimiento de producción de ⁶⁴Cu con protones de baja energía en esta ruta ^7,8. Una descripción detallada de los métodos de producción está fuera del alcance de este trabajo, y la disponibilidad variará según el país y la región.

En este artículo, primero describimos la preparación de la radioquímica necesaria y el trazador. Luego, se demuestran los principios para preparar los escáneres PET/CT o PET/MRI.

Protocolo

Algunos ensayos clínicos que utilizan este protocolo de ⁶⁴Cu PET/CT o PET/MRI han sido aprobados por el Comité de Ética Regional de la Región Midt, Dinamarca [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) y 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de los participantes en el momento de la inscripción. Los criterios de inclusión para todos los participantes fueron la edad >18 años, y para las mujeres el uso de anticonceptivos seguros. Los criterios de exclusión para los pacientes con enfermedad de Wilson fueron cirrosis descompensada, una puntuación del Modelo para la enfermedad hepática terminal (MELD) >11 o una puntuación de Nazer modificada >6. Los criterios de exclusión para todas las participantes fueron una hipersensibilidad conocida a ⁶⁴Cu u otros ingredientes en la fórmula marcadora, embarazo, lactancia materna o un deseo de quedar embarazada antes del final del ensayo.

1. Preparación de ⁶⁴CuCl₂

1. Disuelva el sólido ⁶⁴CuCl₂ en ácido clorhídrico (0,1 M) y agregue tampón de acetato de sodio (0,5 M) para aumentar el pH a ~5. Formular con solución salina y filtrar esterilizar la solución pasándola a través de un filtro de 0,22 μm (ver Tabla de materiales).
   NOTA: El tampón de acetato de sodio (0,5 M) se produce a partir de trihidrato de acetato de sodio y agua estéril que pasa a través de un filtro esterilizante de 0,22 μm.
2. Para el control de calidad de la solución producida ^{de 64}CuCl₂, realizar mediciones de pH, pruebas de endotoxinas bacterianas, determinación de pureza radioquímica e identificación radionucleídica ^7,8.
3. Almacene el producto en un recipiente de plomo a temperatura ambiente y manténgalo en cuarentena hasta que se hayan cumplido satisfactoriamente todas las especificaciones de control de calidad.
   NOTA: Para el presente estudio, ⁶⁴CuCl₂ fue producido con una pureza radionucleídica ≥99% y una pureza radioquímica ≥95%. El sólido ⁶⁴CuCl₂, utilizado como material de partida, se obtuvo de una fuente comercial (ver Tabla de materiales).

2. Preparación del escáner PET

1. Realice un control de calidad (QC)⁹ en el escáner, siguiendo el protocolo del fabricante (consulte Tabla de materiales).
   NOTA: Los controles de calidad deben realizarse diariamente por la mañana antes de las exploraciones del paciente.

3. Dibujo del marcador para inyección intravenosa (IV) y por administración oral (PO)

1. Use guantes de plástico y retire la tapa del recipiente de plomo.
2. Use pinzas largas para desinfectar la membrana de goma de la botella de vidrio que contiene marcador dentro del recipiente de plomo con un hisopo de desinfección.
3. Use pinzas para insertar una cánula corta (~0.5 mm x 16 mm) en la membrana para evitar derrames del vacío dentro de la botella.
4. Use pinzas para insertar una cánula más larga para dibujar. Esta cánula debe ser lo suficientemente larga como para llegar al fondo de la botella (generalmente 50 mm).
5. Asegúrese de que el calibrador de dosis (consulte la Tabla de materiales) esté calibrado para ⁶⁴Cu. Calcule un volumen aproximado para dibujar para el primer sorteo.
   NOTA: A partir de los informes de control de calidad química, la cantidad de actividad y el volumen del líquido estarán disponibles, lo que permite calcular un volumen aproximado a extraer.
6. Use guantes de plástico, inserte una jeringa de plástico del tamaño adecuado en la cánula larga y extraiga el volumen calculado. Este volumen dependerá de la concentración de 64 Cu en el producto y de la cantidad de ⁶⁴Cu que se decida para el protocolo (ver Cálculos de dosis en los resultados representativos).
7. Use pinzas para sostener la cánula mientras mueve la jeringa al calibrador de dosis para medir la radiactividad.
8. Siga dibujando hasta que se alcance la cantidad de radiactividad adecuada. Aproximadamente el 5% del marcador permanecerá en la jeringa y la cánula después de la inyección.
   NOTA: El ⁶⁴Cu no debe diluirse en agua salada, ya que el marcador puede precipitar. Por lo tanto, la jeringa no se puede enjuagar con agua salina después de la inyección (esto no es relevante para la administración de PO).
9. Con las pinzas, aplique una cánula con una tapa (cánula de ~16 mm) para cerrar la jeringa y guárdela en un recipiente de plomo hasta su aplicación.

4. Aplicación del trazador

1. Inyección intravenosa
   1. Inserte una cánula intravenosa (~22 G, 25 mm), preferiblemente en una vena cubital, y enjuague con agua salina para asegurar la colocación correcta.
      NOTA: Debe estar disponible una hoja de trabajo con el nombre del participante, un sello o firma para la liberación del control de calidad del trazador, y puntos de tiempo y radiactividad para el dibujo, la inyección y el trazador sobrante.
   2. Mida la radiactividad en la jeringa usando el calibrador de dosis disponible y anote el tiempo y la actividad en la hoja de trabajo.
   3. Lleve la jeringa en un recipiente de plomo al lado de la cama del participante.
   4. Si se produce algún derrame de la inyección, coloque una servilleta debajo del codo del participante para que se pueda medir la radiactividad derramada.
   5. Con pinzas, retire la tapa/cánula de la jeringa y, con guantes de plástico, conecte la jeringa al acceso intravenoso. Anote el tiempo en la hoja de trabajo e inyecte en un movimiento constante.
      NOTA: Como se mencionó anteriormente, la jeringa no debe enjuagarse con solución salina ya que el marcador puede precipitarse.
   6. Retire la jeringa del acceso intravenoso, colóquela la tapa/cánula y colóquela en el recipiente de plomo con la servilleta si es necesario.
   7. Enjuague el acceso intravenoso con agua salina.
   8. Anote el tiempo y la radiactividad sobrante en la jeringa en la hoja de trabajo.
      NOTA: La actividad inyectada se calcula como la diferencia entre la actividad de la jeringa antes y después de la inyección, pero utilizando el protocolo de exploración PET para corregir la caries. Por lo tanto, los tres puntos de tiempo (extracción, inyección y mediciones sobrantes) y la radiactividad medida en la extracción y las mediciones sobrantes se ingresan en el protocolo de exploración PET cuando se escanea al participante (ver paso 5).
   9. Deseche el material sobrante de manera adecuada, de acuerdo con las normas de seguridad institucionales.
   10. Retire el acceso IV. En caso de que aparezca alguna reacción alérgica, deje el acceso IV durante 30 minutos.
2. Administración oral
   NOTA: Debe estar disponible una hoja de trabajo con el nombre del participante, un sello o firma para la liberación del control de calidad del trazador, y puntos de tiempo y radiactividad para el dibujo, la administración y el trazador sobrante.
   1. En un vaso desechable y de plástico blando, vierta alrededor de 100 ml de agua o cordial; el ⁶⁴Cu es insípido. Una pajita de plástico desechable y una pequeña bolsa de plástico desechable deben estar disponibles.
   2. Mida la radiactividad en la jeringa usando el calibrador de dosis disponible y anote el tiempo y la actividad en la hoja de trabajo.
   3. Lleve la jeringa en un recipiente de plomo al lado de la cama del participante. El participante debe estar sentado en una cama o silla.
   4. Retire la tapa/cánula de la jeringa con unas pinzas y, con guantes de plástico, inyecte el marcador en la taza, teniendo cuidado de no derramar ninguna. Saca un poco del agua/cordial e inyecta de nuevo en la taza.
   5. Coloque una pajita de plástico en el vaso (esto es para minimizar el riesgo de derrame cuando el participante bebe).
   6. Anote el tiempo en la hoja de trabajo y deje que el participante beba. La taza debe estar lo más vacía posible.
   7. Coloque la taza vacía y la pajita en la bolsa de plástico desechable con la jeringa vacía y colóquelas en el recipiente de plomo.
   8. Anote el tiempo y mida la radiactividad sobrante en la jeringa. Nota en la hoja de cálculo.
      NOTA: La actividad inyectada se calcula como la diferencia entre la actividad de la jeringa antes y después de la inyección, pero utilizando el protocolo de exploración PET para corregir la caries.
Por lo tanto, los tres puntos de tiempo (extracción, inyección y mediciones sobrantes) y la radiactividad medida en la extracción y la medición sobrante se ingresan en el protocolo de exploración PET cuando se escanea al participante (ver Exploración).
3. Deseche el material sobrante de manera adecuada, de acuerdo con las normas de seguridad institucionales.
   NOTA: Observar al participante para detectar reacciones alérgicas agudas durante 30 minutos después de la ingesta puede ser apropiado.

5. Tomografías PET

1. Coloque al participante en posición supina en el escáner.
2. Realice una tomografía computarizada o una resonancia magnética general para planificar la región específica que se examinará durante la exploración por TEP.
3. Anote el tiempo de la extracción, inyección y medición sobrante, y la radiactividad en la extracción y la medición sobrante en el protocolo PET.
4. Realice el escaneo PET siguiendo los pasos a continuación.
   NOTA: El protocolo de exploración PET debe estandarizarse con respecto a la duración de la exploración y los parámetros de reconstrucción de imágenes para todos los participantes en el mismo estudio; Los informes publicados deben ser seguidos^10,11,12.
   1. Realice exploraciones PET estáticas con un tiempo de exploración de 4,5 min/posición de cama durante un máximo de 24 h después de la administración del trazador, y 10 min/posición de cama durante un máximo de 68 h después de la administración del trazador (para más elaboración, consulte Exploración en los resultados representativos).
      NOTA: Durante el escaneo PET dinámico, el decaimiento se registra continuamente y posteriormente se segmenta en una estructura de cuadro. Esto permite la selección de fotogramas de intervalos de tiempo cortos para enfatizar la dinámica de la distribución de ⁶⁴Cu, y fotogramas de intervalos de tiempo más largos para priorizar la sensibilidad. Por lo general, los intervalos más cortos se seleccionan inmediatamente después de la inyección y se aumentan gradualmente a partir de^{entonces 10}.

6. Reconstrucción de imágenes

1. Reconstruya las imágenes utilizando las mejores correcciones disponibles para atenuación, dispersión, tiempo de vuelo y función de dispersión de puntos.
   NOTA: Los parámetros de reconstrucción de la imagen deben seleccionarse cuidadosamente para optimizar las propiedades de la imagen, como la recuperación de la señal y la relación señal-ruido. Para estudios multicéntricos, es fundamental estandarizar la calidad de imagen entre centros.

7. Análisis de datos

NOTA: El presente estudio describe un método simple para cuantificar el contenido de ⁶⁴Cu en el hígado. La señal PET se mide como valor de captación estándar (SUV), la concentración de radiactividad tisular ajustada para la actividad inyectada de peso del participante y/o kilobecquerelio (kBq) por ml de tejido.

1. Descargar datos a un programa adecuado, por ejemplo, archivos Dicom, a PMOD.
   NOTA: Es probable que haya muchos programas diferentes para analizar imágenes PET, como Hermes o PMOD (consulte la Tabla de materiales).
2. Ajuste los tonos de la tomografía computarizada/resonancia magnética para diferenciar las estructuras anatómicas.
3. Asegúrese de que la exploración anatómica y la exploración PET se superpongan.
4. Trabajando en el plano horizontal con la mejor resonancia magnética o tomografía computarizada, localice el hígado y las grandes estructuras.
5. Coloque un volumen apropiado de interés (VOI) o múltiples VOI en el hígado.
   NOTA: Un VOI es un área definida de tejido donde se mide el SUV. Un VOI consta de múltiples regiones de interés (ROI), que son áreas de tejido en un plano. Muchos programas tienen VOI esféricos como preajuste, lo que significa que no es necesario dibujar múltiples ROI (uno en cada plano) para constituir un VOI. El lóbulo hepático derecho tiende a ser más homogéneo y, por lo tanto, una buena posición para colocar VOI.
6. Coloque múltiples VOI en el lóbulo hepático derecho en diferentes planos horizontales para lograr la medida más precisa de actividad, ya que el SUV puede variar un poco (~ 5%) en el lóbulo hepático derecho. Calcule el SUV medio de estos VOI.
7. Para cuantificar el SUV, por ejemplo, en todo el hígado, dibuje ROI que cubran todo el volumen del hígado en cada plano para estudios de dosimetría.
   NOTA: Evite estructuras grandes como arterias y venas cuando use este método.

Resultados

Cálculo de la dosis
Según los cálculos de dosimetría, la dosis efectiva de radiactividad para la administración IV es de 62 ± 5 μSv/MBq^{trazador 10}. Por lo tanto, se recomienda una dosis de 50 MBq dependiendo del marco de tiempo. Hasta 75-80 MBq es aplicable para exámenes más largos y proporciona imágenes de buena calidad sin exceder una dosis éticamente aprobada. La dosis efectiva para administración oral es de 113 ± 1 μSv/MBq trazador, debido a la acumulación in...

Discusión

El método es como cualquier otro método PET, pero la larga vida media de 12,7 h ofrece la oportunidad de investigar los flujos de cobre a largo plazo (tenemos buenos resultados de hasta 68 h después de la inyección del trazador IV). Todos los pasos del protocolo deben ser manejados por personal familiarizado con PET, aunque no son más críticos que cualquier otro examen PET.

Solución de problemas
Debido a que a menudo usamos ⁶⁴Cu para investigaciones a larg...

Materiales

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