구리 관련 장애 연구를 위한 추적자로 64-구리를 사용한 양전자 방출 단층 촬영

요약

본 프로토콜은 윌슨병과 같은 구리 관련 장애와 구리 대사에 대한 치료 효과를 연구하기 위해 인간에서 ⁶⁴Cu PET/CT 및 PET/MRI 이미징을 수행하는 방법을 설명합니다.

초록

구리는 생물학적 시스템에서 촉매 작용 및 신호 전달 기능을 하는 필수 미량 원소입니다. 방사성 표지 구리는 윌슨 병 (WD) 및 멘케 병과 같은 기본적인 인간 및 동물 구리 대사 및 구리 관련 장애를 연구하는 데 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 이 툴킷에 최근 추가된 것은 최신 컴퓨터 단층 촬영(CT) 또는 자기 공명 영상(MRI) 스캐너의 정확한 해부학적 영상과 64 Cu PET 추적자 신호의 생체 분포를 결합한 ^{64구리(64Cu}) 양전자 방출 단층 촬영(PET)입니다. 이를 통해 구리 플럭스 및 동역학을 생체 내에서 추적할 수 있으므로 인간과 동물의 구리 기관 트래픽과 신진대사를 직접 시각화할 수 있습니다. 결과적으로 ⁶⁴Cu PET는 임상 및 전임상 치료 효과를 평가하는 데 매우 적합하며 WD를 정확하게 진단할 수 있는 능력을 이미 입증했습니다. 또한 ⁶⁴개의 Cu PET/CT 연구는 암 및 뇌졸중 연구와 같은 다른 과학 분야에서 가치가 있는 것으로 입증되었습니다. 본 논문은 인간에서 ⁶⁴Cu PET/CT 또는 PET/MR을 수행하는 방법을 보여줍니다. ⁶⁴Cu 취급, 환자 준비 및 스캐너 설정 절차가 여기에 설명되어 있습니다.

서문

구리는 생명에 필수적인 여러 중요한 생화학적 과정을 주도하는 중요한 촉매 보조 인자이며 구리 항상성의 결함은 인간 질병의 직접적인 원인입니다. 구리 수송 ATPase를 암호화하는 ATP7A 또는 ATP7B 유전자의 돌연변이는 각각 멘케병과 윌슨병을 유발합니다. 멘케병(Menke's disease, ATP7A)은 말초 조직의 심각한 구리 결핍과 구리 의존성 효소의 결핍을 동반한 희귀 치사 질환이다¹. 윌슨병(Wilson disease, WD, Wilson disease, ATP7B)은 과도한 구리를 담즙으로 배출하지 못하여 구리 과부하 및 그에 따른 장기 손상을 초래하는 희귀 질환으로, 간과 뇌에 가장 심각한 영향을 미친^{다 2}.

구리 대사에 관한 연구는 수십 년 동안 방사성 표지 구리 (보통 64- 구리 [64 Cu] 또는 ⁶⁷- 구리)를 활용 해 왔으며,이 연구는 흡수 부위 및 배설 경로 3,4,5,6을 포함한 포유류 구리 대사에 대한 우리의 이해에 매우 귀중한 것으로 입증되었습니다. 이전에는 감마 계수기를 사용하여 제한된 해부학 적 해상도로 방사성 신호를 검출했지만 최근에는 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 또는 자기 공명 영상 (MRI)과 결합 된 ⁶⁴Cu 양전자 방출 단층 촬영 (PET)이 인간 및 동물 연구에 도입되었습니다. 오늘날 PET 스캐너는 주입 후 최대 ^{70시간 동안 64Cu}를 추적할 수 있을 정도로 감도가 높습니다. ^64Cu에 대해 12.7시간의 긴 반감기로 구리 플럭스를 장기간 평가할 수 있습니다. 이러한 분해능의 개선은 최근에 구리 연구 분야에 진입했으며 정상 및 병리학 적 구리 대사에 대한 연구와 특정 치료의 영향을 평가하는 연구가 등장하기 시작했습니다. 또한 시야가 확장된 전신 PET 스캐너의 도입으로 이러한 검사의 감도가 더욱 향상될 것입니다.

이 방법론적 논문은 임상의와 과학자가 핵의학 부서 간에 비교할 수 있는 방식으로 구리 대사를 평가하기 위한 강력하고 사용하기 쉬운 방법으로 기존 도구 레퍼토리에 ⁶⁴Cu PET CT/MRI를 추가할 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다. ⁶⁴Cu 구리의 생산은 다른 방법을 사용하여 수행 할 수 있으며 일반적으로 특수 시설에서 수행됩니다. 핵 반응 중에서, 64 Ni (p, n)⁶⁴Cu 방법이이 경로 ^7,8에서 저에너지 양성자로 ⁶⁴Cu의 높은 생산 수율을 얻을 수 있기 때문에 널리 사용된다. 생산 방법에 대한 자세한 설명은 이 작업의 범위를 벗어나며 사용 가능 여부는 국가 및 지역에 따라 다릅니다.

이 기사에서는 먼저 필요한 방사 화학 및 추적자의 준비에 대해 설명합니다. 그런 다음 PET/CT 또는 PET/MRI 스캐너를 준비하는 원리를 설명합니다.

프로토콜

이 ⁶⁴Cu PET/CT 또는 PET/MRI 프로토콜을 사용하는 몇 가지 임상 시험은 덴마크 Midt 지역 윤리 위원회의 승인을 받았습니다[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) 및 1-10-72-15-22(EudraCT 2021-005464-21)]. 등록 시 참가자로부터 서면 동의서를 받았습니다. 모든 참가자의 포함 기준은 >18세였으며 여성의 경우 안전한 피임법을 사용했습니다. 윌슨병 환자에 대한 제외 기준은 비대상성 간경변증, 말기 간 질환 모델(MELD) 점수>11 또는 수정된 Nazer 점수>6이었습니다. 모든 참가자에 대한 제외 기준은 추적자 공식의 ⁶⁴Cu 또는 기타 성분에 대한 알려진 과민성, 임신, 모유 수유 또는 시험이 끝나기 전에 임신하려는 욕구였습니다.

1. ^64CuCl2의 제조

1. 고체 64 CuCl₂를 염산 (^0.1M)에 녹이고 아세트산 나트륨 완충액 (0.5 M)을 첨가하여 pH를 ~ 5로 증가시킵니다. 식염수로 제형화하고 용액을 0.22μm 필터에 통과시켜 필터 멸균합니다(재료 표 참조).
   참고: 아세트산나트륨 완충액(0.5M)은 아세트산나트륨 삼수화물과 0.22μm 살균 필터를 통과하는 멸균수에서 생성됩니다.
2. 생산 된 ⁶⁴CuCl₂ 용액의 품질 관리를 위해 pH 측정, 박테리아 내 독소 테스트, 방사 화학적 순도 측정 및 방사성 핵종 식별 ^7,8을 수행하십시오.
3. 제품을 납 용기에 담아 실온에 보관하고 모든 품질 관리 사양이 만족스럽게 충족될 때까지 격리 보관하십시오.
   참고: 본 연구를 위해 ⁶⁴_CuCl2는 방사성 핵종 순도 ≥99% 및 방사화학적 순도 ≥95%로 생성되었습니다. 출발 물질로서 사용된 고체 ^64CuCl2는 상업적 공급원으로부터 입수되었다 (재료 표 참조).

2. PET 스캐너 준비

1. 제조업체의 프로토콜에 따라 스캐너에서 품질 검사(QC)⁹ 를 수행합니다( 재료 표 참조).
   참고: QC는 환자 스캔 전에 매일 아침에 수행해야 합니다.

3. 정맥내(IV) 주사 및 경구(PO) 투여당 추적자 도면

1. 비닐 장갑을 끼고 납 용기에서 뚜껑을 제거합니다.
2. 긴 핀셋을 사용하여 납 용기 내부의 추적기가 들어 있는 유리병의 고무 막을 소독 면봉으로 소독합니다.
3. 핀셋을 사용하여 짧은 캐뉼라(~0.5mm x 16mm)를 멤브레인에 삽입하여 병 내부의 진공에서 엎질러지지 않도록 합니다.
4. 핀셋을 사용하여 더 긴 캐뉼라를 삽입하십시오. 이 캐뉼라는 병 바닥에 닿을 만큼 충분히 길어야 합니다(보통 50mm).
5. 선량 교정기( 재료 표 참조)가 ^64Cu에 대해 교정되었는지 확인하십시오. 첫 번째 그리기에 그릴 대략적인 부피를 계산합니다.
   알림: 화학 품질 관리 보고서에서 액체의 활동량과 부피를 사용할 수 있으므로 대략적인 부피를 계산할 수 있습니다.
6. 비닐 장갑을 끼고 적절한 크기의 플라스틱 주사기를 긴 캐뉼라에 삽입하고 계산된 부피를 그립니다. 이 부피는 생성물 내의 64 Cu의 농도 및 프로토콜에 대해 결정된 ⁶⁴Cu의 양에 의존할 것이다 (대표 결과의 선량 계산 참조).
7. 핀셋을 사용하여 캐뉼라를 잡고 주사기를 선량 교정기로 이동하여 방사능을 측정합니다.
8. 적절한 방사능 양에 도달할 때까지 계속 그립니다. 추적자의 약 5%는 주사 후 주사기와 캐뉼라에 남아 있습니다.
   알림: ⁶⁴Cu는 추적자가 침전될 수 있으므로 소금물에 희석해서는 안 됩니다. 따라서, 주사기는 주사 후 식염수로 헹굴 수 없다 (이것은 PO 투여와 관련이 없다).
9. 핀셋을 사용하여 캡이 있는 캐뉼라(~16mm 캐뉼라)를 사용하여 주사기를 닫고 적용할 때까지 납 용기에 보관합니다.

4. 트레이서의 적용

1. IV 주사
   1. 정맥 캐뉼라(~22G, 25mm)를 가급적이면 양측 정맥에 삽입하고 올바른 배치를 위해 식염수로 헹굽니다.
      참고: 참가자 이름, 스탬프가 포함된 워크시트 또는 추적자 품질 관리 릴리스를 위한 서명, 그리기, 주입 및 남은 추적자를 위한 시점 및 방사능을 사용할 수 있어야 합니다.
   2. 사용 가능한 선량 교정기를 사용하여 주사기의 방사능을 측정하고 워크시트에 시간과 활동을 기록하십시오.
   3. 납 용기에 담긴 주사기를 참가자의 침대 옆으로 운반합니다.
   4. 주사로 인해 유출이 발생하면 유출된 방사능을 측정할 수 있도록 참가자의 팔꿈치 아래에 냅킨을 놓습니다.
   5. 핀셋을 사용하여 주사기에서 캡/캐뉼라를 제거하고 비닐 장갑을 끼고 주사기를 IV 입구에 연결합니다. 워크 시트의 시간을 기록하고 한 번의 꾸준한 움직임으로 주입하십시오.
      알림: 앞서 언급했듯이 추적자가 침전될 수 있으므로 주사기를 식염수로 헹구어서는 안 됩니다.
   6. IV 접근부에서 주사기를 제거하고 캡/캐뉼라를 씌우고 필요한 경우 냅킨과 함께 납 용기에 넣습니다.
   7. 식염수로 IV 접근을 헹굽니다.
   8. 워크시트의 주사기에 있는 시간과 남은 방사능을 기록하십시오.
      참고: 주입 활성은 주입 전후의 주사기 활성 간의 차이로 계산되지만 PET 스캔 프로토콜을 사용하여 감쇠를 보정합니다. 따라서 세 가지 시점(드로우, 주입 및 남은 측정값)과 드로잉 및 남은 측정값에서 측정된 방사능은 참가자가 스캔될 때 PET 스캔 프로토콜에 입력됩니다(5단계 참조).
   9. 남은 물질은 기관 안전 규정에 따라 적절하게 폐기하십시오.
   10. IV 액세스를 제거합니다. 알레르기 반응이 나타나면 IV 접근을 30분 동안 그대로 두십시오.
2. 경구 투여
   알림: 참가자의 이름, stamp 또는 추적자 품질 관리 릴리스를 위한 서명, 그리기, 관리 및 남은 추적자를 위한 시점 및 방사능을 사용할 수 있어야 합니다.
   1. 일회용 및 부드러운 플라스틱 컵에 약 100mL의 물 또는 코디얼을 붓습니다. ⁶⁴Cu는 맛이 없습니다. 일회용 플라스틱 빨대와 작은 일회용 비닐 봉지를 사용할 수 있어야 합니다.
   2. 사용 가능한 선량 교정기를 사용하여 주사기의 방사능을 측정하고 워크시트에 시간과 활동을 기록하십시오.
   3. 납 용기에 담긴 주사기를 참가자의 침대 옆으로 운반합니다. 참가자는 침대나 의자에 앉아야 합니다.
   4. 핀셋으로 주사기에서 캡/캐뉼라를 제거하고 비닐장갑을 끼고 트레이서를 컵에 주입하고 엎지르지 않도록 주의하십시오. 약간의 물/코디얼을 끌어올려 컵에 다시 주입합니다.
   5. 컵에 플라스틱 빨대를 놓습니다(참가자가 음료를 마실 때 엎질러질 위험을 최소화하기 위함).
   6. 워크시트에 시간을 기록하고 참가자가 물을 마시게 합니다. 컵은 가능한 한 비어 있어야 합니다.
   7. 빈 컵과 빨대를 빈 주사기와 함께 일회용 비닐 봉지에 넣고 납 용기에 넣습니다.
   8. 시간을 기록하고 주사기에 남은 방사능을 측정합니다. 워크시트에 기록하십시오.
      참고: 주입 활성은 주입 전후의 주사기 활성 간의 차이로 계산되지만 PET 스캔 프로토콜을 사용하여 감쇠를 보정합니다.
따라서 세 가지 시점(드로우, 주입 및 남은 측정값)과 드로잉 및 남은 측정값에서 측정된 방사능은 참가자가 스캔될 때 PET 스캔 프로토콜에 입력됩니다(스캔 참조).
3. 남은 물질은 기관 안전 규정에 따라 적절하게 폐기하십시오.
   참고: 섭취 후 30분 동안 참가자의 급성 알레르기 반응을 관찰하는 것이 적절할 수 있습니다.

5. PET 스캔

1. 참가자를 스캐너의 앙와위 자세로 놓습니다.
2. 개요 CT 또는 MR 스캔을 수행하여 PET 스캔 중에 검사할 특정 영역을 계획합니다.
3. PET 프로토콜에서 드로우, 주입 및 잔여 측정 시간과 인발 및 잔여 측정의 방사능을 기록하십시오.
4. 아래 단계에 따라 PET 스캔을 수행합니다.
   참고: PET 스캔 프로토콜은 동일한 연구의 모든 참가자에 대한 스캔 기간 및 이미지 재구성 매개변수와 관련하여 표준화되어야 합니다. 게시 된 보고서는^10,11,12를 따라야합니다.
   1. 추적자 투여 후 최대 24시간 동안 침대 위치당 4.5분, 추적자 투여 후 최대 68시간 동안 침대 위치당 10분의 스캔 시간으로 정적 PET 스캔을 수행합니다(자세한 내용은 대표 결과 아래 스캔 참조).
      참고: 동적 PET 스캐닝 중에 감쇠가 지속적으로 기록되고 이후에 프레임 구조로 분할됩니다. 이를 통해 ⁶⁴Cu 분포의 역학을 강조하기 위해 짧은 시간 간격에서 프레임을 선택하고 감도를 우선시하기 위해 더 긴 시간 간격에서 프레임을 선택할 수 있습니다. 전형적으로, 주사 직후에 더 짧은 간격이 선택되고 그 이후에는 점진적으로 증가한다¹⁰.

6. 이미지 재구성

1. 감쇠, 산란, ToF(Time-of-Flight) 및 포인트 확산 기능에 대해 사용 가능한 최상의 보정을 사용하여 이미지를 재구성합니다.
   참고: 이미지 재구성 매개변수는 신호 복구 및 신호 대 잡음과 같은 이미지 속성을 최적화하기 위해 신중하게 선택해야 합니다. 다기관 연구의 경우 센터 간 이미지 품질을 표준화하는 것이 중요합니다.

7. 데이터 분석

참고 : 본 연구는 간에서 ⁶⁴Cu 함량을 정량화하는 간단한 방법을 설명합니다. PET 신호는 표준 흡수 값(SUV), 참가자 체중 주입 활동 및/또는 조직 mL당 킬로베크렐(kBq)에 대해 조정된 조직 방사능 농도로 측정됩니다.

1. 적절한 프로그램(예: Dicom 파일)에서 PMOD로 데이터를 다운로드합니다.
   참고: Hermes 또는 PMOD와 같이 PET 이미지를 분석하는 다양한 프로그램이 있을 수 있습니다( 재료 표 참조).
2. CT/MR 스캔 톤을 조정하여 해부학적 구조를 구별합니다.
3. 해부학적 스캔과 PET 스캔이 겹치는지 확인합니다.
4. 최고의 MRI 또는 CT 스캔으로 수평면에서 작업하면 간과 큰 구조를 국소화 할 수 있습니다.
5. 간에 적절한 관심 볼륨 (VOI) 또는 여러 VOI를 배치하십시오.
   참고: VOI는 SUV가 측정되는 정의된 조직 영역입니다. VOI는 한 평면의 조직 영역인 여러 관심 영역(ROI)으로 구성됩니다. 많은 프로그램에는 사전 설정으로 구형 VOI가 있으므로 VOI를 구성하기 위해 여러 ROI(각 평면에 하나씩)를 그릴 필요가 없습니다. 오른쪽 간엽은 더 균질한 경향이 있으므로 VOI를 배치하기에 좋은 위치입니다.
6. SUV는 오른쪽 간엽에서 다소 다를 수 있으므로 가장 정확한 활동 측정을 달성하기 위해 오른쪽 간엽에 여러 VOI를 다른 수평면에 배치합니다. 이 VOI의 평균 SUV를 계산하십시오.
7. 예를 들어, 전체 간에서 SUV를 정량화하려면 선량 측정 연구를 위해 각 평면에서 전체 간 부피를 포함하는 ROI를 그립니다.
   알림: 이 방법을 사용할 때 동맥 및 정맥과 같은 큰 구조를 피하십시오.

결과

선량 계산
선량 측정 계산에 따르면 IV 투여를 위한 유효 방사능량은 62 ± 5μSv/MBq 추적자¹⁰입니다. 따라서 기간에 따라 50MBq 용량이 권장됩니다. 최대 75-80MBq는 더 긴 검사에 적용할 수 있으며 윤리적으로 승인된 선량을 초과하지 않으면서 양질의 이미지를 제공합니다. 경구 투여를 위한 유효 용량은 추적자의 장 축적으로 인해 1 μSv/MBq 추적자의 ± 113입니다. 따라서 ?...

토론

이 방법은 다른 PET 방법과 유사하지만 12.7시간의 긴 반감기는 장기 구리 플럭스를 조사할 수 있는 기회를 제공합니다(IV 추적자 주입 후 최대 68시간에서 좋은 결과를 얻을 수 있음). 프로토콜의 모든 단계는 PET에 익숙한 직원이 처리해야 하지만 다른 PET 검사보다 더 중요하지는 않습니다.

문제 해결
장기 조사를 위해 ^64Cu를 사용하는 경우가 많기 때문에 P...

자료

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