טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים באמצעות 64-נחושת כעוקב לחקר הפרעות הקשורות לנחושת

Summary

הפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד לבצע ⁶⁴Cu PET/CT והדמיית PET/MRI בבני אדם כדי לחקור הפרעות הקשורות לנחושת, כגון מחלת וילסון, ואת השפעת הטיפול על חילוף החומרים של נחושת.

Abstract

נחושת היא יסוד קורט חיוני, המתפקד בקטליזה ובאיתות במערכות ביולוגיות. נחושת מסומנת ברדיו שימשה במשך עשרות שנים בחקר מטבוליזם בסיסי של נחושת בבני אדם ובבעלי חיים ובהפרעות הקשורות לנחושת, כגון מחלת וילסון (WD) ומחלת מנקה. תוספת עדכנית לערכת כלים זו היא טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET) של 64 נחושת (64 Cu), המשלבת הדמיה אנטומית מדויקת של סורקי טומוגרפיה ממוחשבת מודרנית (CT) או דימות תהודה מגנטית (MRI) עם הפיזור הביולוגי של אות נותב ⁶⁴Cu PET. זה מאפשר מעקב in vivo של שטפי נחושת וקינטיקה, ובכך לדמיין ישירות תנועה ומטבוליזם של איברי נחושת אנושיים ובעלי חיים. כתוצאה מכך, ⁶⁴Cu PET מתאים היטב להערכת השפעות טיפול קליניות ופרה-קליניות וכבר הוכיח את היכולת לאבחן WD במדויק. יתר על כן, ⁶⁴מחקרי Cu PET/CT הוכיחו ערך בתחומים מדעיים אחרים כמו סרטן ושבץ. המאמר הנוכחי מראה כיצד לבצע ⁶⁴Cu PET/CT או PET/MR בבני אדם. נהלים לטיפול ב^{- 64}Cu, הכנת המטופל והגדרת הסורק מודגמים כאן.

Introduction

נחושת היא קופקטור קטליטי חיוני המניע תהליכים ביוכימיים חשובים רבים החיוניים לחיים, ופגמים בהומאוסטזיס נחושת אחראים ישירות למחלות אנושיות. מוטציות בגנים ATP7A או ATP7B, המקודדים ATPases מובילי נחושת, גורמות למחלות מנקה ווילסון, בהתאמה. מחלת מנקה (ATP7A) היא הפרעה קטלנית נדירה של הצטברות יתר של נחושת במעי עם מחסור חמור בנחושת ברקמות היקפיות וגירעונות באנזימים תלויי נחושת¹. מחלת וילסון (WD) (ATP7B) היא מחלה נדירה המאופיינת בחוסר יכולת להפריש נחושת עודפת למרה, וכתוצאה מכך עומס יתר של נחושת ונזק לאיברים לאחר מכן, המשפיעים באופן החמור ביותר על הכבד והמוח².

מחקרים על מטבוליזם של נחושת השתמשו בנחושת עם תווית רדיו (בדרך כלל 64-נחושת [⁶⁴Cu] או 67-copper) במשך עשרות שנים, ומחקרים אלה הוכיחו את עצמם כבעלי ערך רב להבנתנו את חילוף החומרים של נחושת ביונקים, כולל אתר ספיגה ומסלולי הפרשה 3,4,5,6. בעבר, מוני גמא שימשו לזיהוי האות הרדיואקטיבי ברזולוציה אנטומית מוגבלת, אך לאחרונה, טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים ⁶⁴Cu (PET) בשילוב עם טומוגרפיה ממוחשבת (CT) או דימות תהודה מגנטית (MRI) הוכנסו במחקרים בבני אדם ובבעלי חיים כאחד. כיום, סורקי PET הם בעלי רגישות כה גבוהה שניתן לעקוב אחר ⁶⁴Cu עד 70 שעות לאחר ההזרקה. זמן מחצית החיים הארוך של 12.7 שעות עבור ⁶⁴Cu מאפשר הערכה ארוכת טווח של שטפי נחושת. שיפור זה ברזולוציה נכנס רק לאחרונה לתחום מחקרי הנחושת, ומחקרים על מטבוליזם נורמלי ופתולוגי של נחושת, כמו גם מחקרים המעריכים את ההשפעה של טיפולים ספציפיים, מתחילים לצוץ. בנוסף, הכנסת סורקי PET לכל הגוף עם שדה ראייה מורחב תשפר עוד יותר את הרגישות של בדיקות אלה.

מאמר מתודולוגי זה נועד לאפשר לקלינאים ולמדענים להוסיף ⁶⁴Cu PET CT/MRI לרפרטואר הכלים הקיים כשיטה חזקה וקלה לשימוש להערכת מטבוליזם של נחושת באופן דומה בין מחלקות לרפואה גרעינית. הייצור של ⁶⁴Cu נחושת יכול להתבצע בשיטות שונות והוא מבוצע בדרך כלל במתקנים מיוחדים. בין התגובות הגרעיניות, שיטת 64 Ni (p, n) 64 Cu נמצאת בשימוש נרחב, שכן ניתן להשיג תפוקת ייצור גבוהה של ⁶⁴Cu עם פרוטונים באנרגיה נמוכה במסלול זה ^7,8. תיאור מפורט של שיטות הייצור הוא מחוץ להיקף של עבודה זו, והזמינות תהיה שונה לפי מדינה ואזור.

במאמר זה, אנו מתארים תחילה את הכנת הרדיוכימיה הדרושה ואת נותב. לאחר מכן מודגמים העקרונות להכנת סורקי PET/CT או PET/MRI.

Protocol

מספר ניסויים קליניים המשתמשים בפרוטוקול ⁶⁴Cu PET/CT או PET/MRI אושרו על ידי ועדת האתיקה האזורית של אזור מידט, דנמרק [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) ו-1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. התקבלה הסכמה מדעת בכתב מהמשתתפים בעת ההרשמה. קריטריוני ההכללה של כל המשתתפים היו גיל >18, ועבור נשים השימוש באמצעי מניעה בטוחים. קריטריוני ההחרגה של חולי מחלת וילסון היו שחמת מפוצלת, ציון מודל למחלת כבד סופנית (MELD) >11, או ציון מוזר שונה >6. קריטריוני ההחרגה של כל המשתתפים היו רגישות יתר ידועה ל ^{- 64}Cu או מרכיבים אחרים בנוסחת הנותב, הריון, הנקה או רצון להיכנס להריון לפני סוף הניסוי.

1. הכנת ⁶⁴CuCl₂

1. ממיסים מוצק ⁶⁴CuCl₂ בחומצה הידרוכלורית (0.1 M) ומוסיפים מאגר נתרן אצטט (0.5 M) כדי להגדיל את ה- pH ל~5. פורמולציה עם מי מלח ומסנן, לעקר את התמיסה על ידי העברתה דרך מסנן 0.22 מיקרומטר (ראה טבלת חומרים).
   הערה: מאגר נתרן אצטט (0.5 מטר) מופק מנתרן אצטט טריהידרט ומים סטריליים המועברים דרך מסנן עיקור של 0.22 מיקרומטר.
2. לבקרת איכות של תמיסת ⁶⁴CuCl₂ המיוצרת, בצע מדידת pH, בדיקת אנדוטוקסין חיידקי, קביעת טוהר רדיוכימי וזיהוי נוקלידי רדיו ^7,8.
3. אחסנו את המוצר במיכל עופרת בטמפרטורת החדר ושמרו אותו בהסגר עד שכל מפרטי בקרת האיכות ימולאו באופן משביע רצון.
   הערה: עבור המחקר הנוכחי, ⁶⁴CuCl₂ הופק עם טוהר נוקלידי רדיו ≥99% וטוהר רדיוכימי ≥95%. מוצק ⁶⁴CuCl₂, המשמש כחומר מוצא, התקבל ממקור מסחרי (ראה טבלת חומרים).

2. הכנת סורק PET

1. בצע בדיקת איכות (QC)⁹ בסורק, בהתאם לפרוטוקול היצרן (ראה טבלת חומרים).
   הערה: יש לבצע בדיקות QC מדי יום בבוקר לפני סריקות המטופל.

3. שרטוט נותב להזרקה תוך ורידית (IV) ולמתן פומי (PO)

1. יש ללבוש כפפות פלסטיק ולהסיר את המכסה ממיכל העופרת.
2. השתמש בפינצטה ארוכה כדי לחטא את קרום הגומי של בקבוק הזכוכית המכיל נותב בתוך מיכל העופרת באמצעות מקלון חיטוי.
3. השתמש בפינצטה כדי להחדיר צינורית קצרה (~ 0.5 מ"מ x 16 מ"מ) לתוך הממברנה כדי למנוע זליגה מהוואקום בתוך הבקבוק.
4. השתמש בפינצטה כדי להכניס צינורית ארוכה יותר לצייר ממנה. צינורית זו צריכה להיות ארוכה מספיק כדי להגיע לתחתית הבקבוק (בדרך כלל 50 מ"מ).
5. ודא שכיול המינון (ראה טבלת חומרים) מכויל עבור ⁶⁴Cu. חשב נפח משוער לציור עבור ההגרלה הראשונה.
   הערה: מדוחות בקרת האיכות הכימית, כמות הפעילות והנפח של הנוזל יהיו זמינים, מה שיאפשר חישוב של נפח משוער לצייר.
6. לבשו כפפות פלסטיק, הכניסו מזרק פלסטיק בגודל מתאים לתוך הצינורית הארוכה, ומשכו את הנפח המחושב. נפח זה יהיה תלוי בריכוז של ⁶⁴Cu במוצר וכמה ⁶⁴Cu יוחלט עבור הפרוטוקול (ראה חישובי מינון תחת התוצאות המייצגות).
7. השתמש בפינצטה כדי להחזיק את הצינורית תוך כדי העברת המזרק לכיול המינון כדי למדוד את הרדיואקטיביות.
8. המשיכו לצייר עד שתגיע לכמות הרדיואקטיביות המתאימה. כ-5% מהנותב יישאר במזרק ובצינורית לאחר ההזרקה.
   הערה: אין לדלל את ⁶⁴Cu במי מלח, מכיוון שהנותב עלול לזרז. לכן, לא ניתן לשטוף את המזרק במי מלח לאחר ההזרקה (זה לא רלוונטי למתן PO).
9. עם הפינצטה, יש למרוח צינורית עם מכסה (~ 16 מ"מ קנולה) כדי לסגור את המזרק ולאחסן אותו במיכל עופרת עד ליישום.

4. יישום העוקב

1. הזרקת IV
   1. יש להכניס צינורית תוך ורידית (~22 גרם, 25 מ"מ), רצוי בווריד קוביטלי, ולשטוף במי מלח כדי להבטיח מיקום נכון.
      הערה: גליון עבודה עם שם המשתתף, חותמת או חתימה לשחרור בקרת איכות של נותב ונקודות זמן ורדיואקטיביות לציור, הזרקה ומעקב שאריות צריכים להיות זמינים.
   2. מדוד את הרדיואקטיביות במזרק באמצעות כיול המינון הזמין ורשום את הזמן והפעילות בדף העבודה.
   3. העבירו את המזרק במיכל עופרת למיטת המשתתף.
   4. אם מתרחשת זליגה כלשהי מהזריקה, הניחו מפית מתחת למרפק של המשתתף כדי שניתן יהיה למדוד את הרדיואקטיביות שנשפכה.
   5. בעזרת פינצטה מוציאים את הפקק/צינורית מהמזרק, ובעזרת כפפות פלסטיק מחברים את המזרק לגישה לאינפוזיה. שים לב לשעה בדף העבודה והזריק בתנועה יציבה אחת.
      הערה: כפי שהוזכר קודם לכן, אין לשטוף את המזרק במי מלח מכיוון שהעוקב עלול לזרז.
   6. מוציאים את המזרק מהעירוי, שמים את הפקק/צינורית ומניחים אותו במיכל העופרת עם המפית במידת הצורך.
   7. יש לשטוף את העירוי במים מלוחים.
   8. שים לב לזמן ולרדיואקטיביות שנותרו במזרק בגליון העבודה.
      הערה: הפעילות המוזרקת מחושבת כהפרש בין פעילות המזרק לפני ואחרי ההזרקה, אך באמצעות פרוטוקול סריקת PET כדי לתקן ריקבון. לפיכך, כל שלוש נקודות הזמן (מדידות משיכה, הזרקה ושאריות) והרדיואקטיביות הנמדדת במדידות הגרלה ושאריות מוזנות לפרוטוקול סריקת PET בעת סריקת המשתתף (ראה שלב 5).
   9. יש להשליך את שאריות החומר כראוי, בהתאם לתקנות הבטיחות המוסדיות.
   10. הסר את הגישה לאינפוזיה. במקרה שמופיעות תגובות אלרגיות כלשהן, השאירו את הגישה לעירוי למשך 30 דקות.
2. ניהול בעל פה
   הערה: גליון עבודה עם שם המשתתף, חותמת או חתימה לשחרור בקרת איכות של נותב ונקודות זמן ורדיואקטיביות לציור, ניהול ומעקב שאריות צריכים להיות זמינים.
   1. בכוס פלסטיק חד פעמית ורכה, יוצקים סביב 100 מ"ל מים או לבבי; ⁶⁴Cu הוא חסר טעם. קשית פלסטיק חד פעמית ושקית ניילון חד פעמית קטנה צריכות להיות זמינות.
   2. מדוד את הרדיואקטיביות במזרק באמצעות כיול המינון הזמין ורשום את הזמן והפעילות בדף העבודה.
   3. העבירו את המזרק במיכל עופרת למיטת המשתתף. יש להושיב את המשתתף במיטה או בכיסא.
   4. הסירו את הפקק/צינורית מהמזרק בעזרת פינצטה, ובעזרת כפפות פלסטיק הזריקו את העוקב לתוך הכוס, תוך זהירות שלא לשפוך. שואבים מעט מהמים/לבביים ומזריקים שוב לכוס.
   5. מניחים קשית פלסטיק בכוס (זאת כדי למזער את הסיכון לזליגה כאשר המשתתף שותה).
   6. שים לב לשעה בגליון העבודה ותן למשתתף לשתות. הכוס צריכה להיות ריקה ככל האפשר.
   7. מכניסים את הכוס והקש הריקים לשקית הניילון החד פעמית עם המזרק הריק ומניחים אותם במיכל העופרת.
   8. שימו לב לשעה ומדדו את שאריות הרדיואקטיביות במזרק. הערה בגליון העבודה.
      הערה: הפעילות המוזרקת מחושבת כהפרש בין פעילות המזרק לפני ואחרי ההזרקה, אך באמצעות פרוטוקול סריקת PET כדי לתקן ריקבון.
לפיכך, כל שלוש נקודות הזמן (מדידות משיכה, הזרקה ושאריות) והרדיואקטיביות הנמדדת במדידת הגרלה ושאריות מוזנות לפרוטוקול סריקת PET בעת סריקת המשתתף (ראה סריקה).
3. יש להשליך את שאריות החומר כראוי, בהתאם לתקנות הבטיחות המוסדיות.
   הערה: התבוננות במשתתף לתגובות אלרגיות חריפות במשך 30 דקות לאחר הצריכה עשויה להיות מתאימה.

5. סריקות PET

1. הניחו את המשתתף במצב שכיבה בסורק.
2. בצע סריקה כללית של CT או MR כדי לתכנן את האזור הספציפי שייבדק במהלך סריקת PET.
3. שימו לב לזמן ההגרלה, ההזרקה ומדידת השאריות, ולרדיואקטיביות בהגרלה ולמדידת השאריות בפרוטוקול PET.
4. בצעו סריקת PET לפי השלבים הבאים.
   הערה: פרוטוקול סריקת PET חייב להיות סטנדרטי ביחס למשך הסריקה ולפרמטרים של שחזור תמונה עבור כל המשתתפים באותו מחקר; יש לעקוב אחר הדוחות שפורסמו^10,11,12.
   1. בצע סריקות PET סטטיות עם זמן סריקה של 4.5 דקות למיטה למשך עד 24 שעות לאחר מתן נותב, ותנוחת 10 דקות למיטה למשך עד 68 שעות לאחר מתן נותב (להרחבה נוספת, ראה סריקה תחת התוצאות המייצגות).
      הערה: במהלך סריקת PET דינמית, הדעיכה נרשמת ברציפות ולאחר מכן מקוטעת למבנה מסגרת. זה מאפשר בחירה של מסגרות מרווחי זמן קצרים כדי להדגיש את הדינמיקה של התפלגות ⁶⁴Cu, ומסגרות ממרווחי זמן ארוכים יותר כדי לתעדף רגישות. בדרך כלל, פרקי זמן קצרים יותר נבחרים מיד לאחר ההזרקה וגדלים בהדרגה לאחר¹⁰.

6. שחזור תמונה

1. בנו מחדש את התמונות בעזרת התיקונים הטובים ביותר הזמינים להנחתה, פיזור, זמן טיסה ופונקציית פיזור נקודתי.
   הערה: יש לבחור בקפידה את הפרמטרים לשחזור התמונה כדי למטב את מאפייני התמונה, כגון שחזור אות ואות לרעש. עבור מחקרים רב-מרכזיים, קריטי לתקנן את איכות התמונה בין המרכזים.

7. ניתוח נתונים

הערה: המחקר הנוכחי מתאר שיטה פשוטה לכימות תכולת ⁶⁴Cu בכבד. אות ה-PET נמדד כערך ספיגה סטנדרטי (SUV), ריכוז הרדיואקטיביות של הרקמה המותאם לפעילות המוזרקת של משקל המשתתפים ו/או קילובקרל (kBq) למ"ל רקמה.

1. הורד נתונים לתוכנית מתאימה, לדוגמה, קבצי Dicom, ל- PMOD.
   הערה: סביר להניח שקיימות תוכניות רבות ושונות לניתוח תמונות PET, כגון Hermes או PMOD (ראה טבלת חומרים).
2. התאם את גווני סריקת ה- CT / MR כדי להבדיל בין המבנים האנטומיים.
3. ודא שהסריקה האנטומית וסריקת ה-PET חופפות.
4. עבודה במישור האופקי עם סריקת MRI או CT הטובה ביותר, למקם את הכבד ואת המבנים הגדולים.
5. מקם נפח מתאים של עניין (VOI) או VOI מרובים בכבד.
   הערה: VOI הוא אזור מוגדר ברקמה שבו נמדד רכב השטח. VOI מורכב ממספר אזורי עניין (ROIs), שהם אזורי רקמה במישור אחד. תוכניות רבות כוללות VOI כדורי כהגדרה מראש, כלומר אין צורך לצייר מספר ROI (אחד בכל מישור) כדי ליצור VOI. אונת הכבד הימנית נוטה להיות הומוגנית יותר, ולכן מיקום טוב למקם VOIs.
6. מקם VOI מרובים באונת הכבד הימנית במישורים אופקיים שונים כדי להשיג את המדד המדויק ביותר של פעילות, מכיוון שרכב השטח עשוי להשתנות מעט (~ 5%) באונת הכבד הימנית. חשב את רכב השטח הממוצע של VOI אלה.
7. כדי לכמת את רכב השטח, למשל, בכבד כולו, ציירו ROI המכסים את כל נפח הכבד בכל מישור עבור מחקרי דוזימטריה.
   הערה: הימנע מבנים גדולים כגון עורקים וורידים בעת שימוש בשיטה זו.

תוצאות

חישוב מינון
בהתבסס על חישובי דוזימטריה, מינון הרדיואקטיביות היעיל למתן IV הוא 62 ± 5 μSv/MBq tracer¹⁰. לכן, מינון של 50 MBq מומלץ בהתאם למסגרת הזמן. עד 75-80 MBq ישים לבדיקות ארוכות יותר ומספק תמונות באיכות טובה מבלי לחרוג ממינון מאושר מבחינה אתית. המינון היעיל למתן אוראלי הוא 113 ± 1 μ...

Discussion

השיטה היא כמו כל שיטת PET אחרת, אך זמן מחצית החיים הארוך של 12.7 שעות מציע הזדמנות לחקור שטפי נחושת ארוכי טווח (יש לנו תוצאות טובות עד 68 שעות לאחר הזרקת נותב IV). כל השלבים בפרוטוקול חייבים להיות מטופלים על ידי אנשי מקצוע הבקיאים בבחינה הפסיכומטרית, אם כי הם אינם קריטיים יותר מכל בחינה אחרת בבחינ?...

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