Позитронно-эмиссионная томография с использованием 64-меди в качестве индикатора для изучения заболеваний, связанных с медью

Резюме

Настоящий протокол описывает, как выполнять ПЭТ/КТ и ПЭТ/МРТ ⁶⁴Cu у людей для изучения заболеваний, связанных с медью, таких как болезнь Вильсона, и влияния лечения на метаболизм меди.

Аннотация

Медь является важным микроэлементом, функционирующим в катализе и передаче сигналов в биологических системах. Медь с радиоактивной меткой десятилетиями использовалась для изучения основного метаболизма меди у человека и животных и связанных с медью расстройств, таких как болезнь Вильсона (WD) и болезнь Менке. Недавним дополнением к этому набору инструментов является позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) 64-меди (⁶⁴Cu), сочетающая точную анатомическую визуализацию современных сканеров компьютерной томографии (КТ) или магнитно-резонансной томографии (МРТ) с биораспределением сигнала индикатора ^{ПЭТ 64}Cu. Это позволяет in vivo отслеживать потоки и кинетику меди, тем самым непосредственно визуализируя движение и метаболизм медных органов человека и животных. Следовательно, ПЭТ ⁶⁴Cu хорошо подходит для оценки клинических и доклинических эффектов лечения и уже продемонстрировал способность точно диагностировать WD. Кроме того, ⁶⁴исследования Cu PET / CT оказались ценными в других научных областях, таких как исследования рака и инсульта. В настоящей статье показано, как выполнять ^ПЭТ/КТ или ПЭТ/МРТ 64 Cu у людей. Здесь демонстрируются процедуры обработки ⁶⁴Cu, подготовки пациента и настройки сканера.

Введение

Медь является жизненно важным каталитическим кофактором, который управляет множеством важных биохимических процессов, необходимых для жизни, а дефекты гомеостаза меди напрямую ответственны за заболевания человека. Мутации в генах ATP7A или ATP7B , кодирующих медь-транспортирующие АТФазы, вызывают болезни Менке и Вильсона соответственно. Болезнь Менке (ATP7A) представляет собой редкое летальное заболевание гиперкумуляции меди в кишечнике с тяжелым дефицитом меди в периферических тканях и дефицитом медьзависимых ферментов¹. Болезнь Вильсона (WD) (ATP7B) - редкое заболевание, характеризующееся неспособностью выводить избыток меди с желчью, что приводит к перегрузке медью и последующему повреждению органов, наиболее серьезно затрагивая печень и мозг².

В исследованиях метаболизма меди на протяжении десятилетий использовалась меченная радиоактивными лучами медь (обычно 64-медь [⁶⁴Cu] или 67-медь), и эти исследования оказались неоценимыми для нашего понимания метаболизма меди у млекопитающих, включая сайт абсорбции и пути экскреции 3,4,5,6. Ранее гамма-счетчики использовались для обнаружения радиоактивного сигнала с ограниченным анатомическим разрешением, но в последнее время позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) ⁶⁴Cu в сочетании с компьютерной томографией (КТ) или магнитно-резонансной томографией (МРТ) была введена как в исследованиях на людях, так и на животных. Сегодня ПЭТ-сканеры обладают настолько высокой чувствительностью, что можно отслеживать ⁶⁴Cu в течение 70 ч после инъекции. Длительный период полураспада 12,7 ч для ⁶⁴Cu позволяет проводить долгосрочную оценку флюсов меди. Это улучшение разрешения только недавно вошло в область исследований меди, и начинают появляться исследования нормального и патологического метаболизма меди, а также исследования, оценивающие влияние конкретных методов лечения. Кроме того, внедрение ПЭТ-сканеров всего тела с расширенным полем зрения еще больше повысит чувствительность этих исследований.

Этот методологический документ направлен на то, чтобы дать возможность клиницистам и ученым добавить ПЭТ-КТ/МРТ ⁶⁴Cu к существующему репертуару инструментов в качестве надежного и простого в использовании метода оценки метаболизма меди способом, сопоставимым между отделениями ядерной медицины. Производство меди ⁶⁴Cu может осуществляться различными методами и, как правило, выполняется на специальных мощностях. Среди ядерных реакций широко используется метод 64 Ni (p, n) 64 Cu, так как высокий выход ^{продукции 64}Cu может быть получен с протонами низких энергий в этом пути ^7,8. Подробное описание методов производства выходит за рамки этой работы, и доступность будет отличаться в зависимости от страны и региона.

В этой статье мы сначала опишем приготовление необходимой радиохимии и индикатора. Затем демонстрируются принципы подготовки сканеров ПЭТ/КТ или ПЭТ/МРТ.

протокол

Несколько клинических испытаний с использованием этого протокола 64 Cu ПЭТ/КТ или ПЭТ/МРТ были одобрены Региональным комитетом по этике региона Мидт, Дания [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) и 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Письменное информированное согласие было получено от участников при зачислении. Критериями включения для всех участников были возраст >18 лет, а для женщин - использование безопасной контрацепции. Критериями исключения для пациентов с болезнью Вильсона были декомпенсированный цирроз печени, оценка модели терминальной стадии заболевания печени (MELD) >11) или модифицированная оценка по шкале Назера >6. Критериями исключения для всех участников были известная гиперчувствительность к ⁶⁴Cu или другим ингредиентам в формуле индикатора, беременность, грудное вскармливание или желание забеременеть до конца исследования.

1. Приготовление ⁶⁴CuCl₂

1. Растворите твердое ^{вещество 64}_CuCl2 в соляной кислоте (0,1 М) и добавьте буфер ацетата натрия (0,5 М), чтобы увеличить рН до ~ 5. Раствор смешивают с физиологическим раствором и фильтруют, пропуская его через фильтр 0,22 мкм (см. Таблицу материалов).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Буфер ацетата натрия (0,5 М) получают из тригидрата ацетата натрия и стерильной воды, которую пропускают через стерилизующий фильтр 0,22 мкм.
2. Для контроля качества полученного_{раствора} ⁶⁴CuCl2 проводят измерение рН, бактериальный эндотоксин, определение радиохимической чистоты и радионуклидную идентификацию ^7,8.
3. Храните продукт в свинцовом контейнере при комнатной температуре и храните его в карантине до тех пор, пока все требования контроля качества не будут удовлетворительно выполнены.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для настоящего исследования ⁶⁴CuCl₂ был получен с радионуклидной чистотой ≥99% и радиохимической чистотой ≥95%. Твердое ^{вещество 64}CuCl2, используемое в качестве исходного_{материала, было} получено из коммерческого источника (см. Таблицу материалов).

2. Подготовка ПЭТ-сканера

1. Выполните проверку качества (QC)⁹ на сканере в соответствии с протоколом производителя (см. Таблицу материалов).
   ПРИМЕЧАНИЕ: КК необходимо проводить ежедневно утром перед сканированием пациента.

3. Получение индикатора для внутривенной (IV) инъекции и перорального (перорального) введения

1. Наденьте пластиковые перчатки и снимите крышку со свинцового контейнера.
2. Используйте длинный пинцет для дезинфекции резиновой мембраны стеклянной бутылки, содержащей трассер, внутри свинцового контейнера с помощью дезинфицирующего тампона.
3. Используйте пинцет, чтобы вставить короткую канюлю (~ 0,5 мм x 16 мм) в мембрану, чтобы избежать утечки из вакуума внутри бутылки.
4. Используйте пинцет, чтобы вставить более длинную канюлю для рисования. Эта канюля должна быть достаточно длинной, чтобы доходить до дна бутылки (обычно 50 мм).
5. Убедитесь, что калибратор дозы (см. Таблицу материалов) откалиброван для ⁶⁴Cu. Рассчитайте приблизительный объем для розыгрыша для первого розыгрыша.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Из отчетов о химическом контроле качества будет доступно количество активности и объем жидкости, что позволит рассчитать приблизительный объем для забора.
6. Наденьте пластиковые перчатки, вставьте пластиковый шприц подходящего размера в длинную канюлю и нарисуйте рассчитанный объем. Этот объем будет зависеть от концентрации 64 Cu в продукте и от того, сколько ⁶⁴Cu определено для протокола (см. Расчеты дозы под репрезентативными результатами).
7. Используйте пинцет, чтобы удерживать канюлю, перемещая шприц к измерителю дозы для измерения радиоактивности.
8. Продолжайте рисовать до тех пор, пока не будет достигнуто соответствующее количество радиоактивности. Примерно 5% индикатора останется в шприце и канюле после инъекции.
   ПРИМЕЧАНИЕ: ⁶⁴Cu не следует разбавлять в соленой воде, так как индикатор может выпасть в осадок. Таким образом, шприц нельзя промывать солевой водой после инъекции (это не актуально для введения ПО).
9. С помощью пинцета приложите канюлю с колпачком (канюля ~ 16 мм), чтобы закрыть шприц, и храните его в свинцовом контейнере до нанесения.

4. Применение индикатора

1. Внутривенная инъекция
   1. Вставьте внутривенную канюлю (~ 22 G, 25 мм), желательно в локтевую вену, и промойте солевой водой, чтобы обеспечить правильное размещение.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Должен быть доступен рабочий лист с именем участника, печатью или подписью для выпуска контроля качества индикатора, а также временными точками и радиоактивностью для рисования, инъекции и остаточного индикатора.
   2. Измерьте радиоактивность в шприце с помощью доступного калибратора дозы и отметьте время и активность на рабочем листе.
   3. Транспортируйте шприц в свинцовом контейнере к кровати участника.
   4. Если в результате инъекции произойдет какое-либо перетекание, подложите салфетку под локоть участника, чтобы можно было измерить пролитую радиоактивность.
   5. С помощью пинцета извлеките колпачок/канюлю из шприца и в пластиковых перчатках подсоедините шприц к внутривенному вливанию. Обратите внимание на время на листе и сделайте одно устойчивое движение.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Как упоминалось ранее, шприц не следует промывать физиологическим раствором, так как индикатор может выпасть в осадок.
   6. Извлеките шприц из капельницы, наденьте колпачок/канюлю и при необходимости поместите его в свинцовый контейнер с салфеткой.
   7. Промойте внутривенный доступ физиологическим раствором.
   8. Обратите внимание на время и оставшуюся радиоактивность в шприце на рабочем листе.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Инъекционная активность рассчитывается как разница между активностью шприца до и после инъекции, но с использованием протокола ПЭТ-сканирования для коррекции распада. Таким образом, все три моменты времени (измерения забора, инъекции и остатков), а также измеренная радиоактивность при отборе и остаточные измерения вводятся в протокол ПЭТ-сканирования при сканировании участника (см. шаг 5).
   9. Утилизируйте оставшийся материал надлежащим образом в соответствии с правилами безопасности учреждения.
   10. Удалите доступ к внутривенному вливанию. В случае появления аллергических реакций оставьте внутривенный доступ на 30 минут.
2. Пероральный прием
   ПРИМЕЧАНИЕ: Должен быть доступен рабочий лист с именем участника, печатью или подписью для выпуска контроля качества индикатора, а также временными точками и радиоактивностью для рисования, введения и остаточного индикатора.
   1. В одноразовый и мягкий пластиковый стаканчик налейте около 100 мл воды или кордиала; ⁶⁴Cu безвкусен. Одноразовая пластиковая соломинка и небольшой одноразовый пластиковый пакет должны быть в наличии.
   2. Измерьте радиоактивность в шприце с помощью доступного калибратора дозы и отметьте время и активность на рабочем листе.
   3. Транспортируйте шприц в свинцовом контейнере к кровати участника. Участник должен сидеть в кровати или кресле.
   4. Снимите колпачок / канюлю со шприца пинцетом и, надев пластиковые перчатки, введите трассер в чашку, стараясь не пролить его. Наберите немного воды/кордиала и снова налейте его в чашку.
   5. Поместите пластиковую соломинку в чашку (это необходимо для того, чтобы свести к минимуму риск переливания, когда участник пьет).
   6. Запишите время на рабочем листе и дайте участнику выпить. Чашка должна быть максимально пустой.
   7. Положите пустую чашку и соломинку в одноразовый пластиковый пакет с пустым шприцем и поместите их в свинцовый контейнер.
   8. Засеките время и измерьте оставшуюся радиоактивность в шприце. Примечание на листе.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Инъекционная активность рассчитывается как разница между активностью шприца до и после инъекции, но с использованием протокола ПЭТ-сканирования для коррекции распада.
Таким образом, все три моменты времени (втягивание, инъекция и измерения остатков) и измеренная радиоактивность при отборе и измерении остатков вводятся в протокол ПЭТ-сканирования при сканировании участника (см. Сканирование).
3. Утилизируйте оставшийся материал надлежащим образом в соответствии с правилами безопасности учреждения.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Наблюдение за участником на предмет острых аллергических реакций в течение 30 минут после приема может быть целесообразным.

5. ПЭТ-сканирование

1. Поместите участника в лежачее положение в сканере.
2. Выполните обзорное КТ- или МРТ-сканирование, чтобы спланировать конкретную область, которая будет исследована во время ПЭТ-сканирования.
3. Обратите внимание на время забора, впрыска и измерения остатков, а также радиоактивность при отборе и измерении остатков в протоколе ПЭТ.
4. Выполните ПЭТ-сканирование, выполнив следующие действия.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол ПЭТ-сканирования должен быть стандартизирован в отношении продолжительности сканирования и параметров реконструкции изображения для всех участников одного и того же исследования; Опубликованные отчеты должны соответствовать^10,11,12.
   1. Выполняйте статическое ПЭТ-сканирование со временем сканирования 4,5 мин/положение кровати в течение 24 ч после введения индикатора и 10 мин/положение кровати в течение 68 ч после введения индикатора (для получения дополнительной информации см. Сканирование под репрезентативными результатами).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Во время динамического ПЭТ-сканирования распад непрерывно регистрируется и впоследствии сегментируется в каркасную структуру. Это позволяет выбирать кадры из коротких временных интервалов, чтобы подчеркнуть динамику распределения ⁶⁴Cu, и кадры из более длинных временных интервалов, чтобы приоритизировать чувствительность. Как правило, более короткие интервалы выбираются сразу после инъекции и постепенно увеличиваются после¹⁰.

6. Реконструкция изображения

1. Реконструируйте изображения, используя наилучшие доступные поправки для функции затухания, рассеяния, времени пролета и разброса точек.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Параметры реконструкции изображения должны быть тщательно выбраны для оптимизации свойств изображения, таких как восстановление сигнала и преобразование сигнал в шум. Для многоцентровых исследований крайне важно стандартизировать качество изображения между центрами.

7. Анализ данных

ПРИМЕЧАНИЕ: В настоящем исследовании описывается простой метод количественного определения содержания ⁶⁴Cu в печени. Сигнал ПЭТ измеряется как стандартное значение поглощения (SUV), концентрация радиоактивности в тканях, скорректированная с учетом веса введенного участника, и/или килобеккереля (кБк) на мл ткани.

1. Загрузите данные в подходящую программу, например, Dicom-файлы, в PMOD.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Вероятно, существует множество различных программ для анализа изображений ПЭТ, таких как Hermes или PMOD (см. Таблицу материалов).
2. Отрегулируйте тона КТ/МРТ, чтобы дифференцировать анатомические структуры.
3. Убедитесь, что анатомическое сканирование и ПЭТ-сканирование перекрываются.
4. Работая в горизонтальной плоскости с помощью МРТ или КТ, можно локализовать печень и крупные структуры.
5. Поместите в печень соответствующий интересующий объем (VOI) или несколько VOI.
   ПРИМЕЧАНИЕ: VOI - это определенная область ткани, на которой измеряется внедорожник. VOI состоит из нескольких областей интереса (ROI), которые представляют собой области ткани в одной плоскости. Многие программы имеют сферические VOI в качестве предварительной настройки, что означает, что для создания VOI не нужно рисовать несколько ROI (по одному в каждой плоскости). Правая доля печени имеет тенденцию быть более однородной и, следовательно, является хорошим положением для размещения VOI.
6. Поместите несколько VOI в правую долю печени в разных горизонтальных плоскостях для достижения наиболее точной меры активности, так как SUV может несколько различаться (~ 5%) в правой доле печени. Рассчитайте средний внедорожник этих ВОИ.
7. Чтобы количественно оценить SUV, например, во всей печени, нарисуйте ROI, охватывающие весь объем печени в каждой плоскости для дозиметрических исследований.
   ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании этого метода избегайте больших структур, таких как артерии и вены.

Результаты

Расчет дозы
На основании дозиметрических расчетов эффективная доза радиоактивности для в/в введения составляет 62 ± 5 мкЗв/МБк индикатор¹⁰. Таким образом, рекомендуется доза 50 МБк в зависимости от временных рамок. До 75-80 МБк применим для более длительных исследова?...

Обсуждение

Этот метод похож на любой другой метод ПЭТ, но длительный период полураспада 12,7 ч дает возможность исследовать долгосрочные флюсы меди (у нас есть хорошие результаты до 68 ч после внутривенного введения индикатора). Все этапы протокола должны выполняться персоналом, знакомым с ПЭТ, хотя ...

Материалы

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