Bakır ile ilgili bozuklukların incelenmesi için bir izleyici olarak 64-bakır kullanan pozitron emisyon tomografisi

Özet

Bu protokol, Wilson hastalığı gibi bakırla ilgili bozuklukları ve bakır metabolizması üzerindeki tedavi etkisini incelemek için insanlarda ⁶⁴Cu PET / BT ve PET / MRG görüntülemenin nasıl gerçekleştirileceğini açıklamaktadır.

Özet

Bakır, biyolojik sistemlerde katalizör ve sinyalizasyonda işlev gören önemli bir eser elementtir. Radyoaktif işaretli bakır, Wilson hastalığı (WD) ve Menke hastalığı gibi temel insan ve hayvan bakır metabolizmasını ve bakırla ilgili bozuklukları incelemek için on yıllardır kullanılmaktadır. Bu araç setine yeni eklenen 64 bakır (64 Cu) pozitron emisyon tomografisi (PET), modern bilgisayarlı tomografi (BT) veya manyetik rezonans görüntüleme (MRI) tarayıcılarının doğru anatomik görüntülemesini ⁶⁴Cu PET izleyici sinyalinin biyolojik dağılımı ile birleştirmektedir. Bu, bakır akışlarının ve kinetiğin in vivo izlenmesini sağlar, böylece insan ve hayvan bakır organ trafiğini ve metabolizmasını doğrudan görselleştirir. Sonuç olarak, ⁶⁴Cu PET, klinik ve klinik öncesi tedavi etkilerini değerlendirmek için çok uygundur ve WD'yi doğru bir şekilde teşhis etme yeteneğini zaten göstermiştir. Ayrıca, ⁶⁴Cu PET / BT çalışmasının kanser ve inme araştırmaları gibi diğer bilimsel alanlarda değerli olduğu kanıtlanmıştır. Bu makalede, insanlarda ⁶⁴Cu PET/BT veya PET/MR'ın nasıl uygulanacağı gösterilmektedir. ⁶⁴Cu işleme, hasta hazırlığı ve tarayıcı kurulumu için prosedürler burada gösterilmiştir.

Giriş

Bakır, yaşam için gerekli olan birçok önemli biyokimyasal işlemi yönlendiren hayati bir katalitik kofaktördür ve bakır homeostazındaki kusurlar insan hastalıklarından doğrudan sorumludur. Bakır taşıyan ATPazları kodlayan ATP7A veya ATP7B genlerindeki mutasyonlar, sırasıyla Menke ve Wilson hastalıklarına neden olur. Menke hastalığı (ATP7A), periferik dokularda ciddi bakır eksikliği ve bakıra bağımlı enzimlerde eksiklikler ile seyreden, bağırsak bakır hiperakümülasyonunun nadir görülen ölümcül bir hastalığıdır¹. Wilson hastalığı (WD) (ATP7B), aşırı bakırın safraya salgılanamaması ile karakterize nadir görülen bir hastalıktır, bakır aşırı yüklenmesi ve ardından organ hasarı ile sonuçlanır, en ciddi şekilde karaciğeri ve beyni etkiler².

Bakır metabolizması üzerine yapılan çalışmalar, onlarca yıldır radyoaktif etiketli bakır (genellikle 64-bakır [⁶⁴Cu] veya 67-bakır) kullanmıştır ve bu çalışmalar, emilim bölgesi ve atılım yolları 3,4,5,6 dahil olmak üzere memeli bakır metabolizmasını anlamamız için paha biçilmez olduğunu kanıtlamıştır. Önceden, sınırlı bir anatomik çözünürlükle radyoaktif sinyali tespit etmek için gama sayaçları kullanıldı, ancak son zamanlarda, bilgisayarlı tomografi (BT) veya manyetik rezonans görüntüleme (MRG) ile kombine edilmiş ⁶⁴Cu pozitron emisyon tomografisi (PET) hem insan hem de hayvan çalışmalarında tanıtıldı. Bugün, PET tarayıcılar o kadar yüksek bir hassasiyete sahiptir ki, enjeksiyondan sonra ⁶⁴Cu'yu 70 saate kadar izlemek mümkündür. ⁶⁴Cu için 12,7 saatlik uzun yarı ömür, bakır akıların uzun vadeli değerlendirilmesine izin verir. Çözünürlükteki bu gelişme yakın zamanda bakır çalışmaları alanına girmiştir ve normal ve patolojik bakır metabolizması ile ilgili çalışmaların yanı sıra spesifik tedavilerin etkisini değerlendiren çalışmalar ortaya çıkmaya başlamıştır. Ek olarak, genişletilmiş bir görüş alanına sahip tüm vücut PET tarayıcılarının piyasaya sürülmesi, bu incelemelerin hassasiyetini daha da artıracaktır.

Bu metodolojik makale, klinisyenlerin ve bilim insanlarının, bakır metabolizmasını nükleer tıp bölümleri arasında karşılaştırılabilir bir şekilde değerlendirmek için sağlam ve kullanımı kolay bir yöntem olarak mevcut araç repertuarına ⁶⁴Cu PET CT / MRG'yi eklemelerini sağlamayı amaçlamaktadır. ⁶⁴Cu bakır üretimi farklı yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilir ve genellikle özel tesislerde gerçekleştirilir. Nükleer reaksiyonlar arasında, 64 Ni (p, n) 64 Cu yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü bu rotada düşük enerjili protonlarla ⁶⁴Cu'luk yüksek bir üretim verimi elde edilebilir ^7,8. Üretim yöntemlerinin ayrıntılı bir açıklaması bu çalışmanın kapsamı dışındadır ve kullanılabilirlik ülkeye ve bölgeye göre farklılık gösterecektir.

Bu yazıda öncelikle gerekli radyokimyanın ve izleyicinin hazırlanmasını anlatıyoruz. Daha sonra, PET / BT veya PET / MRI tarayıcılarının hazırlanmasına ilişkin ilkeler gösterilmektedir.

Protokol

Bu ⁶⁴Cu PET/BT veya PET/MRI protokolünü kullanan birkaç klinik çalışma, Danimarka'nın Midt Bölgesi Bölgesel Etik Komitesi tarafından onaylanmıştır [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) ve 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Kayıt sırasında katılımcılardan yazılı bilgilendirilmiş onam alınmıştır. Tüm katılımcılar için dahil etme kriterleri >18 yaş ve kadınlar için güvenli kontrasepsiyon kullanımıydı. Wilson hastalığı hastaları için dışlama kriterleri dekompanse siroz, Son Dönem Karaciğer Hastalığı (MELD) Modeli skoru >11 veya modifiye Nazer skoru >6 idi. Tüm katılımcılar için dışlama kriterleri, ⁶⁴Cu'ya veya izleyici formülündeki diğer bileşenlere, hamilelik, emzirme veya çalışmanın bitiminden önce hamile kalma arzusuna karşı bilinen bir aşırı duyarlılıktı.

1. ⁶⁴CuCl_2'nin hazırlanması

1. Katı ⁶⁴CuCl_2'yi hidroklorik asit (0.1 M) içinde çözün ve pH'ı ~ 5'e yükseltmek için sodyum asetat tamponu (0.5 M) ekleyin. Tuzlu su ve filtre ile formüle edin Çözeltiyi 0,22 μm'lik bir filtreden geçirerek sterilize edin (bkz.
   NOT: Sodyum asetat tamponu (0,5 M), sodyum asetat trihidrat ve 0,22 μm sterilizasyon filtresinden geçirilen steril sudan üretilir.
2. Üretilen ⁶⁴CuCl₂ çözeltisinin kalite kontrolü için, pH ölçümü, bakteriyel endotoksin testi, radyokimyasal saflık tayini ve radyo nüklidik tanımlama ^7,8 gerçekleştirin.
3. Ürünü oda sıcaklığında bir kurşun kapta saklayın ve tüm kalite kontrol spesifikasyonları tatmin edici bir şekilde karşılanana kadar karantinada tutun.
   NOT: Bu çalışma için, ⁶⁴CuCl₂ , radyo nüklidik saflığı% ≥99 ve radyokimyasal saflık% ≥95 ile üretilmiştir. Başlangıç malzemesi olarak kullanılan Solid ⁶⁴CuCl₂, ticari bir kaynaktan elde edilmiştir (bakınız Malzeme Tablosu).

2. PET tarayıcının hazırlanması

1. Tarayıcıda, üreticinin protokolünü izleyerek bir kalite kontrolü (QC)⁹ gerçekleştirin (bkz.
   NOT: QC'ler hasta taramalarından önce sabah günlük olarak yapılmalıdır.

3. İntravenöz (IV) enjeksiyon ve oral (PO) uygulama başına izleyici çizimi

1. Plastik eldiven giyin ve kapağı kurşun kaptan çıkarın.
2. Kurşun kabın içindeki izleyici içeren cam şişenin kauçuk zarını bir dezenfeksiyon çubuğuyla dezenfekte etmek için uzun cımbız kullanın.
3. Şişenin içindeki vakumdan dökülmeyi önlemek için membrana kısa bir kanül (~ 0,5 mm x 16 mm) yerleştirmek için cımbız kullanın.
4. Çizim yapmak üzere daha uzun bir kanül eklemek için cımbız kullanın. Bu kanül, şişenin dibine ulaşacak kadar uzun olmalıdır (genellikle 50 mm).
5. Doz kalibratörünün (bakınız Malzeme Tablosu) ⁶⁴Cu için kalibre edildiğinden emin olun.
   NOT: Kimyasal kalite kontrol raporlarından, sıvının aktivite miktarı ve hacmi mevcut olacak ve çekilecek yaklaşık bir hacmin hesaplanmasına izin verecektir.
6. Plastik eldiven giyin, uzun kanülün içine uygun boyutta bir plastik şırınga yerleştirin ve hesaplanan hacmi çizin. Bu hacim, üründeki ⁶⁴Cu konsantrasyonuna ve protokol için ne kadar ⁶⁴Cu'ya karar verildiğine bağlı olacaktır (temsili sonuçlar altındaki Doz hesaplamalarına bakınız).
7. Radyoaktiviteyi ölçmek için şırıngayı doz kalibratörüne taşırken kanülü tutmak için cımbız kullanın.
8. Uygun radyoaktivite miktarına ulaşılana kadar çizim yapmaya devam edin. İzleyicinin yaklaşık% 5'i enjeksiyondan sonra şırınga ve kanülde kalacaktır.
   NOT: ⁶⁴Cu, izleyici çökelebileceğinden tuzlu suda seyreltilmemelidir. Bu nedenle, şırınga enjeksiyondan sonra tuzlu su ile durulanamaz (bu, PO uygulaması için geçerli değildir).
9. Cımbızla, şırıngayı kapatmak ve uygulamaya kadar kurşun bir kapta saklamak için kapaklı (~ 16 mm kanül) bir kanül uygulayın.

4. İzleyicinin uygulanması

1. IV enjeksiyon
   1. Tercihen kübital bir damara intravenöz bir kanül (~ 22 G, 25 mm) yerleştirin ve doğru yerleşimi sağlamak için tuzlu su ile durulayın.
      NOT: Katılımcının adını, izleyici kalite kontrol sürümü için bir damga veya imzayı ve çizim, enjeksiyon ve artık izleyici için zaman noktaları ve radyoaktiviteyi içeren bir çalışma sayfası mevcut olmalıdır.
   2. Mevcut doz kalibratörünü kullanarak şırıngadaki radyoaktiviteyi ölçün ve çalışma sayfasındaki zamanı ve aktiviteyi not edin.
   3. Şırıngayı kurşun bir kapta katılımcının başucuna taşıyın.
   4. Enjeksiyondan herhangi bir yayılma meydana gelirse, dökülen radyoaktivitenin ölçülebilmesi için katılımcının dirseğinin altına bir peçete yerleştirin.
   5. Cımbızla, kapağı / kanülü şırıngadan çıkarın ve plastik eldivenlerle şırıngayı IV erişimine bağlayın. Çalışma sayfasındaki zamanı not edin ve sabit bir hareketle enjekte edin.
      NOT: Daha önce de belirtildiği gibi, şırınga, izleyici çökelebileceğinden tuzlu su ile durulanmamalıdır.
   6. Şırıngayı IV erişiminden çıkarın, kapağı / kanülü takın ve gerekirse peçete ile kurşun kaba yerleştirin.
   7. IV erişimini tuzlu suyla durulayın.
   8. Çalışma sayfasındaki şırıngadaki zamanı ve kalan radyoaktiviteyi not edin.
      NOT: Enjekte edilen aktivite, enjeksiyondan önce ve sonra şırınga aktivitesi arasındaki fark olarak hesaplanır, ancak çürümeyi düzeltmek için PET tarama protokolü kullanılır. Böylece, üç zaman noktasının tümü (çekme, enjeksiyon ve artık ölçümler) ve çizimde ölçülen radyoaktivite ve artık ölçümler, katılımcı tarandığında PET tarama protokolüne girilir (bkz. adım 5).
   9. Kalan malzemeyi kurumsal güvenlik düzenlemelerine uygun şekilde imha edin.
   10. IV erişimini kaldırın. Herhangi bir alerjik reaksiyon ortaya çıkarsa, IV erişimini 30 dakika bekletin.
2. Oral uygulama
   NOT: Katılımcının adını, izleyici kalite kontrol sürümü için bir damga veya imzayı ve çizim, yönetim ve artık izleyici için zaman noktaları ve radyoaktiviteyi içeren bir çalışma sayfası mevcut olmalıdır.
   1. Tek kullanımlık ve yumuşak bir plastik bardakta, yaklaşık 100 mL su veya samimi dökün; ⁶⁴Cu tatsızdır. Tek kullanımlık bir plastik pipet ve küçük bir tek kullanımlık plastik torba bulunmalıdır.
   2. Mevcut doz kalibratörünü kullanarak şırıngadaki radyoaktiviteyi ölçün ve çalışma sayfasındaki zamanı ve aktiviteyi not edin.
   3. Şırıngayı kurşun bir kapta katılımcının başucuna taşıyın. Katılımcı bir yatağa veya sandalyeye oturtulmalıdır.
   4. Kapağı / kanülü şırıngadan cımbızla çıkarın ve plastik eldiven giyerek, izleyiciyi bardağa enjekte edin, dökülmemeye dikkat edin. Biraz su / samimi çekin ve tekrar bardağa enjekte edin.
   5. Bardağa plastik bir pipet yerleştirin (bu, katılımcı içtiğinde dökülme riskini en aza indirmek içindir).
   6. Çalışma sayfasındaki saati not edin ve katılımcının içmesine izin verin. Bardak mümkün olduğunca boş olmalıdır.
   7. Boş bardağı ve samanı boş şırıngayla birlikte tek kullanımlık plastik torbaya koyun ve kurşun kaba yerleştirin.
   8. Zamanı not edin ve şırıngadaki kalan radyoaktiviteyi ölçün. Çalışma sayfasına not alın.
      NOT: Enjekte edilen aktivite, enjeksiyondan önce ve sonra şırınga aktivitesi arasındaki fark olarak hesaplanır, ancak çürümeyi düzeltmek için PET tarama protokolü kullanılır.
Böylece, üç zaman noktasının tümü (çekme, enjeksiyon ve artık ölçümler) ve çizimde ölçülen radyoaktivite ve artık ölçüm, katılımcı tarandığında PET tarama protokolüne girilir (bkz.
3. Kalan malzemeyi kurumsal güvenlik düzenlemelerine uygun şekilde imha edin.
   NOT: Katılımcıyı alımdan sonra 30 dakika boyunca akut alerjik reaksiyonlar için gözlemlemek uygun olabilir.

5. PET taramaları

1. Katılımcıyı tarayıcıda sırtüstü pozisyona getirin.
2. PET taraması sırasında incelenecek belirli bölgeyi planlamak için genel bakış BT veya MR taraması gerçekleştirin.
3. Çekiliş, enjeksiyon ve artık ölçümün zamanını ve PET protokolündeki çizim ve artık ölçümündeki radyoaktiviteyi not edin.
4. Aşağıdaki adımları izleyerek PET taraması gerçekleştirin.
   NOT: PET tarama protokolü, aynı çalışmadaki tüm katılımcılar için tarama süresi ve görüntü rekonstrüksiyon parametreleri açısından standartlaştırılmalıdır; Yayınlanan raporlar^{takip edilmelidir 10,11,12}.
   1. İzleyici uygulamasından sonra 24 saate kadar 4,5 dakika/yatak konumu ve izleyici uygulamasından sonra 68 saate kadar 10 dakika/yatak konumu tarama süresiyle statik PET taramaları gerçekleştirin (daha fazla ayrıntı için temsili sonuçların altındaki Tarama bölümüne bakın).
      NOT: Dinamik PET taraması sırasında, bozulma sürekli olarak kaydedilir ve daha sonra bir çerçeve yapısına bölünür. Bu, ⁶⁴Cu dağılımının dinamiklerini vurgulamak için kısa zaman aralıklarından karelerin ve hassasiyeti önceliklendirmek için daha uzun zaman aralıklarından karelerin seçilmesine olanak tanır. Tipik olarak, enjeksiyondan hemen sonra daha kısa aralıklar seçilir ve bundan sonra kademeli olarak arttırılır¹⁰.

6. Görüntü rekonstrüksiyonu

1. Zayıflama, dağılım, uçuş süresi ve nokta yayılma işlevi için mevcut en iyi düzeltmeleri kullanarak görüntüleri yeniden oluşturun.
   NOT: Sinyal kurtarma ve sinyal-parazit gibi görüntü özelliklerini optimize etmek için görüntü rekonstrüksiyon parametreleri dikkatlice seçilmelidir. Çok merkezli çalışmalar için, merkezler arasındaki görüntü kalitesinin standartlaştırılması kritik öneme sahiptir.

7. Veri analizi

NOT: Bu çalışma, karaciğerdeki ⁶⁴Cu içeriğini ölçmek için basit bir yöntemi açıklamaktadır. PET sinyali, standart alım değeri (SUV), katılımcı ağırlığı enjekte edilen aktivite ve / veya mL doku başına kilobecquerel (kBq) için ayarlanan doku radyoaktivite konsantrasyonu olarak ölçülür.

1. Verileri uygun bir programa, örneğin Dicom dosyalarına, PMOD'a indirin.
   NOT: Hermes veya PMOD gibi PET görüntülerini analiz etmek için muhtemelen birçok farklı program vardır (bkz.
2. Anatomik yapıları ayırt etmek için BT / MR tarama tonlarını ayarlayın.
3. Anatomik tarama ve PET taramasının çakıştığından emin olun.
4. En iyi MRI veya BT taraması ile yatay düzlemde çalışmak, karaciğeri ve büyük yapıları lokalize eder.
5. Karaciğere uygun bir ilgi hacmi (VOI) veya birden fazla VOI yerleştirin.
   NOT: VOI, SUV'nin ölçüldüğü tanımlanmış bir doku alanıdır. Bir VOI, tek bir düzlemde doku alanları olan birden fazla ilgi alanından (ROI) oluşur. Birçok programın ön ayar olarak küresel VOI'leri vardır, yani bir VOI oluşturmak için birden fazla ROI'nin (her düzlemde bir tane) çizilmesi gerekmez. Sağ karaciğer lobu daha homojen olma eğilimindedir ve bu nedenle VOI'leri yerleştirmek için iyi bir konumdadır.
6. En hassas aktivite ölçümünü elde etmek için sağ karaciğer lobuna farklı yatay düzlemlerde birden fazla VOI yerleştirin, çünkü SUV sağ karaciğer lobunda biraz değişebilir (~% 5). Bu VOI'lerin ortalama SUV'sini hesaplayın.
7. SUV'yi, örneğin tüm karaciğerde ölçmek için, dozimetri çalışmaları için her düzlemde tüm karaciğer hacmini kapsayan YG'ler çizin.
   NOT: Bu yöntemi kullanırken arterler ve toplardamarlar gibi büyük yapılardan kaçının.

Sonuçlar

Doz hesaplama
Dozimetri hesaplamalarına dayanarak, IV uygulaması için etkili radyoaktivite dozu 62 ± 5 μSv / MBq izleyici^10'dur. Bu nedenle, zaman dilimine bağlı olarak 50 MBq'luk bir doz önerilir. Daha uzun incelemeler için 75-80 MBq'ya kadar uygulanabilir ve etik olarak onaylanmış bir dozu aşmadan kaliteli görüntüler sağlar. Oral uygulama için etkili doz, izleyicinin bağırsak birikimine bağlı olarak 113 ± 1 μSv / MBq izleyicidir. Bu nedenle, daha düş?...

Tartışmalar

Yöntem diğer PET yöntemleri gibidir, ancak 12.7 saatlik uzun yarı ömür, uzun süreli bakır akılarını araştırma fırsatı sunar (IV izleyici enjeksiyonundan sonra 68 saate kadar iyi sonuçlar elde ederiz). Protokoldeki tüm adımlar, diğer PET muayenelerinden daha kritik olmasalar da, PET'e aşina personel tarafından ele alınmalıdır.

Sorun giderme
Uzun süreli araştırmalar için genellikle ⁶⁴Cu kullandığımız için, PET sinyali normalden daha...

Malzemeler

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