Tomographie par émission de positons utilisant le cuivre 64 comme traceur pour l’étude des troubles liés au cuivre

Résumé

Le présent protocole décrit comment effectuer une imagerie TEP/TDM et TEP/IRM ⁶⁴Cu chez l’homme pour étudier les troubles liés au cuivre, tels que la maladie de Wilson, et l’effet du traitement sur le métabolisme du cuivre.

Résumé

Le cuivre est un oligo-élément essentiel, fonctionnant en catalyse et en signalisation dans les systèmes biologiques. Le cuivre radiomarqué est utilisé depuis des décennies dans l’étude du métabolisme fondamental du cuivre humain et animal et des troubles liés au cuivre, tels que la maladie de Wilson (WD) et la maladie de Menke. Un ajout récent à cette boîte à outils est la tomographie par émission de positons (TEP) à 64 cuivres (64 Cu), combinant l’imagerie anatomique précise des scanners modernes de tomodensitométrie (TDM) ou d’imagerie par résonance magnétique (IRM) avec la biodistribution du signal traceur PET ⁶⁴Cu. Cela permet le suivi in vivo des flux et de la cinétique du cuivre, visualisant ainsi directement le trafic et le métabolisme des organes de cuivre humains et animaux. Par conséquent, ^{le PET 64}Cu est bien adapté à l’évaluation des effets cliniques et précliniques du traitement et a déjà démontré sa capacité à diagnostiquer la WD avec précision. En outre, ⁶⁴études TEP / TDM Cu se sont révélées utiles dans d’autres domaines scientifiques comme la recherche sur le cancer et les accidents vasculaires cérébraux. Le présent article montre comment effectuer ⁶⁴Cu TEP / TDM ou TEP / RM chez l’homme. Les procédures de manipulation du ⁶⁴Cu, de préparation du patient et de configuration du scanner sont présentées ici.

Introduction

Le cuivre est un cofacteur catalytique vital qui entraîne de multiples processus biochimiques importants essentiels à la vie, et les défauts de l’homéostasie du cuivre sont directement responsables des maladies humaines. Des mutations dans les gènes ATP7A ou ATP7B , codant pour des ATPases transportant du cuivre, provoquent respectivement les maladies de Menke et de Wilson. La maladie de Menke (ATP7A) est un trouble mortel rare de l’hyperaccumulation intestinale du cuivre avec une carence sévère en cuivre dans les tissus périphériques et des déficits en enzymes dépendantes du cuivre¹. La maladie de Wilson (WD) (ATP7B) est une maladie rare caractérisée par l’incapacité d’excréter l’excès de cuivre dans la bile, entraînant une surcharge en cuivre et des lésions organiques subséquentes, affectant le plus gravement le foie et le cerveau².

Les études sur le métabolisme du cuivre utilisent du cuivre radiomarqué (habituellement du cuivre 64 [⁶⁴Cu] ou du cuivre 67) depuis des décennies, et ces études se sont avérées inestimables pour notre compréhension du métabolisme du cuivre chez les mammifères, y compris le site d’absorption et les voies d’excrétion 3,4,5,6. Auparavant, les compteurs gamma étaient utilisés pour détecter le signal radioactif avec une résolution anatomique limitée, mais récemment, la tomographie par émission de positrons (TEP) à ⁶⁴Cu combinée à la tomodensitométrie (TDM) ou à l’imagerie par résonance magnétique (IRM) a été introduite dans les études humaines et animales. Aujourd’hui, les scanners TEP ont une sensibilité si élevée qu’il est possible de suivre ⁶⁴Cu jusqu’à 70 heures après l’injection. La longue demi-vie de 12,7 h pour ⁶⁴Cu permet d’évaluer à long terme les flux de cuivre. Cette amélioration de la résolution est récemment entrée dans le domaine des études sur le cuivre, et des études sur le métabolisme normal et pathologique du cuivre, ainsi que des études évaluant l’impact de traitements spécifiques, commencent à émerger. De plus, l’introduction de scanners TEP pour tout le corps avec un champ de vision étendu améliorera encore la sensibilité de ces examens.

Cet article méthodologique vise à permettre aux cliniciens et aux scientifiques d’ajouter ⁶⁴CP PET CT/IRM au répertoire existant d’outils en tant que méthode robuste et facile à utiliser pour évaluer le métabolisme du cuivre d’une manière comparable entre les départements de médecine nucléaire. La production de cuivre ⁶⁴Cu peut être réalisée en utilisant différentes méthodes et est généralement effectuée dans des installations spéciales. Parmi les réactions nucléaires, la méthode 64 Ni (p, n) 64 Cu est largement utilisée, puisqu’un rendement de production élevé de ⁶⁴Cu peut être obtenu avec des protons de basse énergie dans cette voie ^7,8. Une description détaillée des méthodes de production n’entre pas dans le cadre de ce travail, et la disponibilité variera selon les pays et les régions.

Dans cet article, nous décrivons d’abord la préparation de la radiochimie nécessaire et du traceur. Ensuite, les principes de préparation des scanners TEP/TDM ou TEP/IRM sont démontrés.

Protocole

Quelques essais cliniques utilisant ce protocole TEP/TDM ou TEP/IRM à ⁶⁴Cu ont été approuvés par le Comité régional d’éthique de la région Midt, Danemark [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) et 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Le consentement éclairé écrit a été obtenu des participants lors de l’inscription. Les critères d’inclusion pour tous les participants étaient l’âge de >18 ans, et pour les femmes, l’utilisation d’une contraception sûre. Les critères d’exclusion pour les patients atteints de la maladie de Wilson étaient la cirrhose décompensée, un score du modèle pour la maladie hépatique terminale (MELD) >11 ou un score Nazer modifié >6. Les critères d’exclusion pour toutes les participantes étaient une hypersensibilité connue au ⁶⁴Cu ou à d’autres ingrédients de la formule du traceur, une grossesse, l’allaitement ou le désir de devenir enceinte avant la fin de l’essai.

1. Préparation de ⁶⁴CuCl₂

1. Dissoudre le ^{solide 64}CuCl2_{dans de} l’acide chlorhydrique (0,1 M) et ajouter un tampon d’acétate de sodium (0,5 M) pour augmenter le pH à ~5. Formuler avec une solution saline et filtrer stériliser la solution en la faisant passer à travers un filtre de 0,22 μm (voir le tableau des matériaux).
   REMARQUE : Le tampon d’acétate de sodium (0,5 M) est produit à partir d’acétate de sodium trihydraté et d’eau stérile qui passe à travers un filtre stérilisant de 0,22 μm.
2. Pour le contrôle de la qualité de la solution ⁶⁴CuCl₂ produite, effectuer la mesure du pH, l’analyse des endotoxines bactériennes, la détermination de la pureté radiochimique et l’identification radionucléidique ^7,8.
3. Entreposer le produit dans un contenant en plomb à température ambiante et le maintenir en quarantaine jusqu’à ce que toutes les spécifications de contrôle de la qualité aient été satisfaites.
   REMARQUE : Pour la présente étude, ⁶⁴CuCl₂ ont été produits avec une pureté radionucléidique ≥99 % et une pureté radiochimique ≥95 %. Le solide ⁶⁴CuCl₂, utilisé comme matière première, a été obtenu d’une source commerciale (voir le tableau des matériaux).

2. Préparation du scanner TEP

1. Effectuer un contrôle de la qualité (CQ)⁹ sur le scanner, en suivant le protocole du fabricant (voir le tableau des matériaux).
   REMARQUE: Les CQ doivent être effectués quotidiennement le matin avant les examens du patient.

3. Dessin du traceur pour injection intraveineuse (IV) et par administration orale (PO)

1. Portez des gants en plastique et retirez le couvercle du contenant en plomb.
2. Utilisez une pince à épiler longue pour désinfecter la membrane en caoutchouc de la bouteille en verre contenant un traceur à l’intérieur du contenant en plomb à l’aide d’un tampon de désinfection.
3. Utilisez une pince à épiler pour insérer une canule courte (~0,5 mm x 16 mm) dans la membrane afin d’éviter les débordements du vide à l’intérieur de la bouteille.
4. Utilisez une pince à épiler pour insérer une canule plus longue à tirer. Cette canule doit être suffisamment longue pour atteindre le fond de la bouteille (généralement 50 mm).
5. Assurez-vous que le calibrateur de dose (voir le tableau des matières) est étalonné pour ⁶⁴Cu. Calculez un volume approximatif à tirer pour le premier tirage.
   REMARQUE : À partir des rapports de contrôle de la qualité des produits chimiques, la quantité d’activité et le volume du liquide seront disponibles, ce qui permettra de calculer un volume approximatif à tirer.
6. Portez des gants en plastique, insérez une seringue en plastique de taille appropriée dans la longue canule et tirez le volume calculé. Ce volume dépendra de la concentration de 64 Cu dans le produit et de la quantité de ⁶⁴Cu décidée pour le protocole (voir Calculs de dose sous les résultats représentatifs).
7. Utilisez une pince à épiler pour maintenir la canule tout en déplaçant la seringue vers le calibrateur de dose pour mesurer la radioactivité.
8. Continuer à prélever jusqu’à ce que la quantité de radioactivité appropriée soit atteinte. Environ 5% du traceur restera dans la seringue et la canule après l’injection.
   NOTE: Le ⁶⁴Cu ne doit pas être dilué dans de l’eau salée, car le traceur peut précipiter. Ainsi, la seringue ne peut pas être rincée à l’eau saline après l’injection (ceci n’est pas pertinent pour l’administration de PO).
9. Avec la pince à épiler, appliquer une canule avec un capuchon (~16 mm de canule) pour fermer la seringue et la conserver dans un récipient en plomb jusqu’à l’application.

4. Application du traceur

1. Injection IV
   1. Insérez une canule intraveineuse (~22 G, 25 mm), de préférence dans une veine cubitale, et rincez à l’eau saline pour assurer un placement correct.
      REMARQUE : Une feuille de travail avec le nom du participant, un timbre ou une signature pour la libération du contrôle de la qualité du traceur, ainsi que des points temporels et de la radioactivité pour le dessin, l’injection et les restes de traceur devraient être disponibles.
   2. Mesurer la radioactivité dans la seringue à l’aide du calibrateur de dose disponible et noter le temps et l’activité sur la feuille de travail.
   3. Transporter la seringue dans un contenant en plomb au chevet du participant.
   4. Si l’injection subit un débordement, placez une serviette sous le coude du participant afin que la radioactivité déversée puisse être mesurée.
   5. Avec une pince à épiler, retirez le capuchon / canule de la seringue et, avec des gants en plastique, connectez la seringue à l’accès IV. Notez le temps sur la feuille de calcul et injectez en un seul mouvement régulier.
      REMARQUE: Comme mentionné précédemment, la seringue ne doit pas être rincée avec une solution saline car le traceur peut précipiter.
   6. Retirez la seringue de l’accès IV, mettez le capuchon / canule et placez-la dans le récipient principal avec la serviette si nécessaire.
   7. Rincer l’accès IV avec de l’eau saline.
   8. Notez le temps et la radioactivité restante dans la seringue sur la feuille de travail.
      REMARQUE: L’activité injectée est calculée comme la différence entre l’activité de la seringue avant et après l’injection, mais en utilisant le protocole de TEP pour corriger la carie. Ainsi, les trois points temporels (mesures de prélèvement, d’injection et de reste) et la radioactivité mesurée lors des mesures de prélèvement et de reliquat sont entrés dans le protocole de TEP lorsque le participant est scanné (voir étape 5).
   9. Éliminez les restes de matériel de façon appropriée, conformément aux règles de sécurité de l’établissement.
   10. Retirez l’accès IV. En cas de réactions allergiques, laissez l’accès IV pendant 30 minutes.
2. Administration orale
   REMARQUE : Une feuille de travail avec le nom du participant, un timbre ou une signature pour la libération du contrôle de la qualité du traceur, ainsi que des points temporels et de la radioactivité pour le dessin, l’administration et le traceur restant devrait être disponible.
   1. Dans un gobelet jetable en plastique souple, versez environ 100 ml d’eau ou de cordial; le ⁶⁴Cu est insipide. Une paille en plastique jetable et un petit sac en plastique jetable devraient être disponibles.
   2. Mesurer la radioactivité dans la seringue à l’aide du calibrateur de dose disponible et noter le temps et l’activité sur la feuille de travail.
   3. Transporter la seringue dans un contenant en plomb au chevet du participant. Le participant doit être assis dans un lit ou une chaise.
   4. Retirez le capuchon/canule de la seringue à l’aide d’une pince à épiler et, en portant des gants en plastique, injectez le traceur dans la tasse, en prenant soin de ne pas en renverser. Aspirez un peu d’eau/cordial et réinjectez-le dans la tasse.
   5. Placez une paille en plastique dans la tasse (ceci afin de minimiser le risque de débordement lorsque le participant boit).
   6. Notez l’heure sur la feuille de travail et laissez le participant boire. La tasse doit être aussi vide que possible.
   7. Mettez la tasse vide et la paille dans le sac en plastique jetable avec la seringue vide et placez-les dans le récipient en plomb.
   8. Notez le temps et mesurez la radioactivité restante dans la seringue. Remarque dans la feuille de calcul.
      REMARQUE: L’activité injectée est calculée comme la différence entre l’activité de la seringue avant et après l’injection, mais en utilisant le protocole de TEP pour corriger la carie.
Ainsi, les trois points temporels (mesures de tirage, d’injection et de reste) et la radioactivité mesurée à la mesure du tirage et des restes sont entrés dans le protocole de TEP lorsque le participant est scanné (voir Scan).
3. Éliminez les restes de matériel de façon appropriée, conformément aux règles de sécurité de l’établissement.
   REMARQUE : Il peut être approprié d’observer le participant pour détecter les réactions allergiques aiguës pendant 30 minutes après la prise.

5. TEP

1. Placez le participant en décubitus dorsal dans le scanner.
2. Effectuer une tomodensitométrie ou une IRM de vue d’ensemble pour planifier la région spécifique à examiner pendant la TEP.
3. Notez l’heure de la mesure de prélèvement, d’injection et de reste, ainsi que la radioactivité à la mesure de l’aspiration et du reste dans le protocole TEP.
4. Effectuez la TEP en suivant les étapes ci-dessous.
   REMARQUE : Le protocole de TEP doit être normalisé en ce qui concerne la durée de l’analyse et les paramètres de reconstruction d’image pour tous les participants à la même étude; Les rapports publiés doivent être suivis^10,11,12.
   1. Effectuer des TEP statiques avec un temps de balayage de 4,5 min/lit jusqu’à 24 heures après l’administration du traceur et de 10 min/lit jusqu’à 68 h après l’administration du traceur (pour plus d’informations, voir Sccan sous les résultats représentatifs).
      REMARQUE: Pendant la numérisation TEP dynamique, la désintégration est enregistrée en continu et ensuite segmentée dans une structure de trame. Cela permet de sélectionner des images à partir d’intervalles de temps courts pour souligner la dynamique de la distribution de ⁶⁴Cu, et des images à partir d’intervalles de temps plus longs pour hiérarchiser la sensibilité. En règle générale, des intervalles plus courts sont sélectionnés juste après l’injection et progressivement augmentés par la suite¹⁰.

6. Reconstruction d’images

1. Reconstruisez les images à l’aide des meilleures corrections disponibles pour l’atténuation, la diffusion, le temps de vol et la fonction d’étalement des points.
   REMARQUE : Les paramètres de reconstruction de l’image doivent être soigneusement sélectionnés pour optimiser les propriétés de l’image, telles que la récupération du signal et la conversion du signal sur bruit. Pour les études multicentriques, il est essentiel de standardiser la qualité d’image entre les centres.

7. Analyse des données

NOTE: La présente étude décrit une méthode simple pour quantifier la teneur en ⁶⁴Cu dans le foie. Le signal TEP est mesuré en valeur standard d’absorption (SUV), la concentration de radioactivité tissulaire ajustée en fonction du poids du participant de l’activité injectée et/ou du kilobecquerel (kBq) par mL de tissu.

1. Téléchargez des données dans un programme approprié, par exemple, des fichiers Dicom, dans PMOD.
   REMARQUE: Il existe probablement de nombreux programmes différents pour analyser les images TEP, tels que Hermes ou PMOD (voir Tableau des matériaux).
2. Ajustez les tonalités de tomodensitométrie/RM pour différencier les structures anatomiques.
3. Assurez-vous que le scan anatomique et le PET se chevauchent.
4. En travaillant dans le plan horizontal avec la meilleure IRM ou tomodensitométrie, localisez le foie et les grandes structures.
5. Placez un volume d’intérêt approprié (VOI) ou plusieurs VOI dans le foie.
   REMARQUE: Une VOI est une zone définie de tissu où le VUS est mesuré. Une VOI se compose de plusieurs régions d’intérêt (ROI), qui sont des zones tissulaires dans un plan. De nombreux programmes ont des VOI sphériques comme préréglage, ce qui signifie que plusieurs ROI (un dans chaque plan) n’ont pas besoin d’être dessinés pour constituer un VOI. Le lobe du foie droit a tendance à être plus homogène, et donc une bonne position pour placer des VOI.
6. Placez plusieurs VOI dans le lobe du foie droit dans différents plans horizontaux pour obtenir la mesure la plus précise de l’activité, car le VUS peut varier quelque peu (~5%) dans le lobe du foie droit. Calculez la VUS moyenne de ces VOI.
7. Pour quantifier le SUV, par exemple, dans le foie entier, tirez des ROI couvrant l’ensemble du volume hépatique dans chaque plan pour les études de dosimétrie.
   REMARQUE: Évitez les grandes structures telles que les artères et les veines lors de l’utilisation de cette méthode.

Résultats

Calcul de la dose
D’après les calculs de dosimétrie, la dose efficace de radioactivité pour l’administration IV est de 62 ± 5 μSv/MBq traceur¹⁰. Ainsi, une dose de 50 MBq est recommandée en fonction de la période. Jusqu’à 75-80 MBq est applicable pour des examens plus longs et fournit des images de bonne qualité sans dépasser une dose approuvée sur le plan éthique. La dose efficace pour administration orale est de 113 ± 1 μSv/MBq traceur, en raison de l’ac...

Discussion

La méthode est comme toute autre méthode TEP, mais la longue demi-vie de 12,7 h offre la possibilité d’étudier les flux de cuivre à long terme (nous avons de bons résultats jusqu’à 68 heures après l’injection de traceur IV). Toutes les étapes du protocole doivent être gérées par du personnel familier avec la TEP, bien qu’elles ne soient pas plus critiques que tout autre examen TEP.

Dépannage
Parce que nous utilisons souvent ⁶⁴Cu pour des inve...

matériels

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