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- 64Cu, 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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 - 64Cu או מרכיבים אחרים בנוסחת הנותב, הריון, הנקה או רצון להיכנס להריון לפני סוף הניסוי.
1. הכנת 64CuCl2
- 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. - לבקרת איכות של תמיסת 64CuCl2 המיוצרת, בצע מדידת pH, בדיקת אנדוטוקסין חיידקי, קביעת טוהר רדיוכימי וזיהוי נוקלידי רדיו 7,8.
- 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
- 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)
- יש ללבוש כפפות פלסטיק ולהסיר את המכסה ממיכל העופרת.
- השתמש בפינצטה ארוכה כדי לחטא את קרום הגומי של בקבוק הזכוכית המכיל נותב בתוך מיכל העופרת באמצעות מקלון חיטוי.
- השתמש בפינצטה כדי להחדיר צינורית קצרה (~ 0.5 מ"מ x 16 מ"מ) לתוך הממברנה כדי למנוע זליגה מהוואקום בתוך הבקבוק.
- השתמש בפינצטה כדי להכניס צינורית ארוכה יותר לצייר ממנה. צינורית זו צריכה להיות ארוכה מספיק כדי להגיע לתחתית הבקבוק (בדרך כלל 50 מ"מ).
- 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. - 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).
- השתמש בפינצטה כדי להחזיק את הצינורית תוך כדי העברת המזרק לכיול המינון כדי למדוד את הרדיואקטיביות.
- 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). - עם הפינצטה, יש למרוח צינורית עם מכסה (~ 16 מ"מ קנולה) כדי לסגור את המזרק ולאחסן אותו במיכל עופרת עד ליישום.
4. יישום העוקב
- הזרקת IV
- 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. - מדוד את הרדיואקטיביות במזרק באמצעות כיול המינון הזמין ורשום את הזמן והפעילות בדף העבודה.
- העבירו את המזרק במיכל עופרת למיטת המשתתף.
- אם מתרחשת זליגה כלשהי מהזריקה, הניחו מפית מתחת למרפק של המשתתף כדי שניתן יהיה למדוד את הרדיואקטיביות שנשפכה.
- 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. - מוציאים את המזרק מהעירוי, שמים את הפקק/צינורית ומניחים אותו במיכל העופרת עם המפית במידת הצורך.
- יש לשטוף את העירוי במים מלוחים.
- 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). - יש להשליך את שאריות החומר כראוי, בהתאם לתקנות הבטיחות המוסדיות.
- הסר את הגישה לאינפוזיה. במקרה שמופיעות תגובות אלרגיות כלשהן, השאירו את הגישה לעירוי למשך 30 דקות.
- יש להכניס צינורית תוך ורידית (~22 גרם, 25 מ"מ), רצוי בווריד קוביטלי, ולשטוף במי מלח כדי להבטיח מיקום נכון.
- 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.- 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.
- מדוד את הרדיואקטיביות במזרק באמצעות כיול המינון הזמין ורשום את הזמן והפעילות בדף העבודה.
- העבירו את המזרק במיכל עופרת למיטת המשתתף. יש להושיב את המשתתף במיטה או בכיסא.
- 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.
- מניחים קשית פלסטיק בכוס (זאת כדי למזער את הסיכון לזליגה כאשר המשתתף שותה).
- שים לב לשעה בגליון העבודה ותן למשתתף לשתות. הכוס צריכה להיות ריקה ככל האפשר.
- מכניסים את הכוס והקש הריקים לשקית הניילון החד פעמית עם המזרק הריק ומניחים אותם במיכל העופרת.
- 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).
- 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
- הניחו את המשתתף במצב שכיבה בסורק.
- בצע סריקה כללית של CT או MR כדי לתכנן את האזור הספציפי שייבדק במהלך סריקת PET.
- שימו לב לזמן ההגרלה, ההזרקה ומדידת השאריות, ולרדיואקטיביות בהגרלה ולמדידת השאריות בפרוטוקול PET.
- 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 שפורסמו10,11,12.- 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.
- 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).
6. שחזור תמונה
- 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.
- 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). - התאם את גווני סריקת ה- CT / MR כדי להבדיל בין המבנים האנטומיים.
- ודא שהסריקה האנטומית וסריקת ה-PET חופפות.
- עבודה במישור האופקי עם סריקת MRI או CT הטובה ביותר, למקם את הכבד ואת המבנים הגדולים.
- 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. - 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.
- 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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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 μSv / MBq tracer, עקב הצטברות מעיים של נותב. לכן, מינון נמוך יותר צריך להיחשב, ועבור עד 24 שעות לאחר ההזרקה, 30 MBq מספיק כדי להניב תמונות באיכות גבוהה. משתתפות פוריות צריכות תמיד להתבקש לבצע בדיקת הריון שלילית לפני יישום נותב.
סרק
עבור בדיקות ארוכות מאוד, המבוצעות כדי לעקוב אחר 64Cu biodistribution וקינטיקה במשך שעות או ימים, בדיקת PET מבוצעת כמו סריקות PET סטטיות נפרדות מרובות. זה מאפשר למטופל לנוח בין בדיקות PET. משך כל בדיקת PET מותאם להשגת איכות התמונה הטובה ביותר (כלומר, זמן הסריקה מתארך ככל שהנותב המוזרק דועך). דוגמה לזמני סריקה המספקים תמונות באיכות טובה היא תנוחת 4.5 דקות למיטה למשך עד 20 שעות לאחר מתן נותב ותנוחת 10 דקות למיטה למשך עד 68 שעות לאחר מתן נותב. זמני סריקה ארוכים יותר עשויים לספק איכות תמונה טובה עוד יותר, אך סריקות ארוכות מדי אינן אפשריות ולא נוחות עבור המטופל. לפיכך, אורך הסריקות מוגבל על ידי מעשיות.
ניתוח נתונים
רכב שטח הוא מדד מצוין להשוואה בין אנשים (בגלל התאמת המשקל) ולהשוואה בין אותם אנשים לפני ואחרי התערבות. סטיית תקן של רכב השטח ב- VOI זמינה מתוכנית ניתוח הנתונים (למשל, PMOD). סטיית תקן זו גדלה עם הזמן לאחר ההזרקה מכיוון שהרעש מתגבר.
איור 1 מראה 64Cu בגוף 6 שעות ו-20 שעות לאחר הזרקת IV של ~70 MBq tracers בנבדק בריא ובנבדק עם WD10. קל לפרש את התמונות מבחינה איכותית מכיוון שה- 64Cu נראה במהירות בכיס המרה (קשה לראות באיור), במעי הדק ומאוחר יותר במעי הגס, בזמן שהוא מצטבר בכבד אצל המטופל. המעי נראה גם בסריקה של המטופל, אולם זה לא מ 64Cu בלומן המעי אלא מכלי הדם של המעי. המעי נראה על ידי 64 Cu להיות מפוזר הומוגני יותר לאורך כל קטע המעי, בעוד אצל נבדקים בריאים, 64Cu נראה במקטעים עם אותות גבוהים יותר. תכולת 64Cu בכבד כומתה עוד יותר על ידי הצבת חמישה VOI כדוריים בקוטר של 10 מ"מ במישורים שונים באונת הכבד הימנית, שהניבו SUV ממוצע באיבר עבור כל משתתף, ולאחר מכן חישוב רכב השטח הממוצע של הקבוצה להשוואה בין קבוצות.
איור 1: סריקת PET שמראה התפלגות של 64Cu בנבדקים בריאים ובנבדקים עם WD לאחר מתן IV. איור זה מראה 64Cu בגוף 6 שעות ו -20 שעות לאחר הזרקת IV של ~ 70 MBq tracers. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2 מראה את התוצאות של 64סריקות Cu עם נותב הניתן דרך הפה בשני אנשים. שניהם חולי WD, אך האדם התחתון נמצא תחת טיפול אבץ, מה שמוכיח כי טיפול באבץ מפחית את ספיגת הנחושת במעיים ובכך לכבד; זוהי השפעה ידועה של טיפול באבץ13. בעוד נותב דרך הפה הוא הדרך הפיזיולוגית של בליעת נחושת, זה עשוי להיות קשה לשימוש לאבחון, כמו רק 50% של 64Cu נלקח מן המעיים למחזור הדם המערכתי (רוב נותב הולך לכבד). עם זאת, כדי להדגים את ההשפעות של תרופות פרמקולוגיות על ספיגת נחושת, אשר עשוי להיות עניין רב WD, השיטה הוכיחה להיות בעל ערך11. ניתן לראות זאת באיור 3, שבו אותו אדם נסרק באמצעות 64Cu פומי לפני ואחרי 4 שבועות של טיפול באבץ11. השערת המחקר הייתה לכמת את השפעת האבץ על חסימת ספיגת נחושת במעי על ידי הערכת תכולת הנחושת בכבד. המחקר בוצע עם מלחי אבץ שונים ומשטרי מינון שונים ומדגים את איכויות השיטה בבדיקת השפעות הטיפול. יכולתה של השיטה לכמת השפעות טיפול אחרות בבעלי חיים ובבני אדם נבדקת.
איור 2: סריקת PET המראה התפלגות של 64Cu בשני חולי WD לאחר מתן פומי. המטופל בפאנל העליון נמצא ללא טיפול באבץ, והמטופל בפאנל התחתון מטופל באבץ. שימו לב להבדל האות בכבד. גרף המתאר רכב שטח כבד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ההשפעות של תרופות פרמקולוגיות על ספיגת נחושת. סריקת PET/CT באמצעות מתן פומי של 64Cu לפני (A) ואחרי (B) 4 שבועות של טיפול באבץ. המשתתף הוא אדם בריא (שימו לב ל-64Cu בכיס המרה, שלא היה נראה אצל חולה WD). הטיפול באבץ הפחית את תכולת 64Cu בכבד לכ-50% מתכולת טרום הטיפול בקבוצה (10 משתתפים). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 בבחינה הפסיכומטרית.
פתרון בעיות
מכיוון שאנו משתמשים לעתים קרובות ב- 64Cu לחקירות ארוכות טווח, אות ה- PET יהיה רועש מהרגיל. חשוב לזכור זאת בעת כימות אותות PET, במיוחד באיברים קטנים יותר כמו כיס המרה. יהיה קשה להבחין בין האות בכיס המרה לבין זליגה מהכבד ומהמעי הגס. במקרה זה, VOI קטנים יותר במרכז האיבר הם האמינים ביותר.
כמות של 64Cu בכבד, מניסיוננו, נוטה להשתנות בין אנשים למרות הזרקת IV (יש לצפות לשונות גדולה למדי בספיגת נותב מהמעיים עם נותב הניתן דרך הפה). זה מגביל את ההשוואות בין פרטים וקורא לשימוש ביחסים במקום במספרים מוגדרים. אם לפי מתן נותב אוראלי הוא העדיף, מומלץ לשמור על נבדקי הניסוי על דיאטה סטנדרטית למשך 24 שעות לפחות לפני צריכת הנותב כדי להגביל את ההבדלים התוך-אישיים, מכיוון שמצרכי מזון שונים עלולים להפריע לנחושת ולכן עם ספיגה של 64Cu11.
מגבלות
כאשר משתמשים בשיטת 64Cu PET, מניחים כי הנחושת "החמה" (64Cu) פועלת כמו נחושת "קרה" בגוף. עם זאת, זה לא בטוח, ולכן אנחנו לא יכולים לקבוע אם נחושת "חמה" מטופלת אחרת בגוף. מהתוצאות הנוכחיות, לעומת זאת, אנו מאמינים כי נחושת "חמה" פועלת כמו נחושת "קרה". עלייה ברדיואקטיביות בדם לאחר 20 שעות נצפתה אצל אנשים בריאים, המציין כי 64Cu מובנה ceruloplasmin. עלייה זו אינה נצפתה בחולי WD, שאינם יכולים לבנות נחושת לחלבון נושא הנחושת בגלל ההפרעה שלהם. זה וחוסר הפרשת נותב בחולים מצביעים על 64Cu הפועל כמו נחושת "קרה".
למרות 68 שעות הוא זמן רב לעקוב אחר נותב רדיואקטיבי, זה עדיין צריך להיחשב תמונה זמנית של מה שקורה נחושת בגוף. דוגמה לכך היא שלמרות שהפרשת 64 Cu מעוכבת נראית אצל אנשים הטרוזיגוטיים עבור הגן WD, ולכן יותר 64Cu בכבד לאחר 20 שעות, אין להם מחלת כבד מכיוון שבטווח הארוך הם אינם צוברים נחושת.
עד כה, לא ידוע אם יש מתאם בין הצטברות נחושת לטווח קצר (עד 68 שעות) לבין הצטברות נחושת לטווח ארוך בכבד ובאיברים אחרים. לכן, השיטה לא ניתן להשתמש כדי לקבוע את חומרת המחלה או את ההשפעות ארוכות הטווח של סוכנים פרמקולוגיים. עם זאת, השיטה שימושית מאוד בקביעת ההשפעות לטווח קצר של הטיפול. ניתן להשתמש בו כדי לבדוק אם הטיפול מגביר את הפרשת המרה או השתן עד 68 שעות לאחר צריכת נחושת, או אם טיפול מפחית את ספיגת הנחושת במעי.
משמעות
ניסויים עם 64Cu ב-WD אינם טכניקה חדשה. למעשה, מתן IV של נותב ומדידות דם של רדיואקטיביות חוזר לשנות החמישים14. כיום, סורקי PET ברזולוציה גבוהה ושילוב עם CT או MR מספקים הזדמנות ייחודית לחקור את התפלגות 64Cu בכל הגוף. עם PET דינמי, התכונות הקינטיות של נותב ניתן להבהיר עוד יותר. עד כה, בשל שדה הראייה המוגבל של סורקי PET, ביצוע ניתוחים קינטיים של התפוצה הביולוגית של נחושת בכל הגוף לא היה אפשרי. נכון לעכשיו, ספיגה דינמית הוגבלה לכבד ולבטן העליונה, אך הופעתם של סורקי כל הגוף תאפשר חקירה בו זמנית של אזורים גדולים יותר. זה יקל על בחינת התקופה הראשונית לאחר הזרקת 64Cu במספר איברים, אך בהתחשב בכך שנקודות זמן מאוחרות לאחר ההזרקה רלוונטיות יותר להפרעות הקשורות לנחושת, סורקי כל הגוף צפויים להיות משמעותיים יותר בשל רגישותם המוגברת. זה מאפשר הדמיה באיכות גבוהה גם ברמות רדיואקטיביות נמוכות, העולות על יכולות הסורקים הנוכחיים.
יישומים עתידיים
בבני אדם, הטכניקה הראתה פוטנציאל באבחון WD10 וכימות ההשפעה של טיפולים שונים על ספיגת נחושת11. בבעלי חיים, השיטה הוכיחה את יכולתה להראות את ההשפעה של ריפוי גנטי של WD על ידי כימות שימור הכבד של 64Cu, כמו גם הפרשת צואה ושינויים קינטיקה בדם15. בעתיד, צפוי כי 64Cu PET/CT או PET/MR ייראו במסגרת קלינית הן לאבחון והן להערכת טיפול ב- WD. השיטה גם עשויה להיות חלק מניסויים קליניים רבים הכוללים טיפולים חדשים עבור WD, במיוחד ריפוי גנטי, שבו הפרשת צואה של נותב מוזרק IV יכול להיות סמן חלופי של אפקט15. נכון לעכשיו אין נתונים טובים עבור ספיגת מוח 64Cu זמין, אבל זה יהיה רלוונטי מאוד עבור מחקרים קליניים WD.
הטכניקה עדיין לא נחקרה במחלת מנקה, אך עשויה להראות ספיגת נחושת מהמעיים וספיגת נחושת למוח כאפקט טיפולי. לטכניקה עשוי להיות פוטנציאל גם במחלות נוירודגנרטיביות כגון מחלת אלצהיימר, שם חילוף החומרים של נחושת עשוי להשתנות16.
ראוי לציין כי 64 Cu הופך להיות זמין באופן נרחב בארה"ב עם השימוש הגובר של 64Cu-Dotatate באבחון גידול נוירואנדוקריני (NET). יתר על כן, 67Cu מראה פוטנציאל תרנוסטיקה סרטן; לכן, נותב זה עשוי גם להיות זמין יותר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין ניגודי עניינים.
Acknowledgments
נתמך על ידי מענק מקרן הזיכרון של היצרן וילהלם פדרסן ואשתו. הקרן לא מילאה כל תפקיד בתכנון או בכל שלב אחר של המחקר.
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 |
References
- Tümer, Z., Møller, L. B.
- Ala, A., Walker, A. P., Ashkan, K., Dooley, J. S., Schilsky, M. L.
- Owen, C. A. Absorption and excretion of Cu64-labeled copper by the rat. The American Journal of Physiology-Legacy Content. 207 (6), 1203-1206 (1964).
- Osborn, S. B., Roberts, C. N., Walshe, J. M. Uptake of radiocopper by the liver. A study of patients with Wilson's disease and various control groups. Clinical Science. 24, 13-22 (1963).
- Vierling, J. M., et al. Incorporation of radiocopper into ceruloplasmin in normal subjects and in patients with primary biliary cirrhosis and Wilson's disease. Gastroenterology. 74 (4), 652-660 (1978).
- Gibbs, K., Walshe, J. M. Studies with radioactive copper (64Cu and 67Cu); the incorporation of radioactive copper into caeruloplasmin in Wilson's disease and in primary biliary cirrhosis. Clinical Science. 41 (3), 189-202 (1971).
- Kume, M., et al. A semi-automated system for the routine production of copper-64. Applied Radiation and Isotopes: Including Data, Instrumentation and Methods for Use in Agriculture, Industry and Medicine. 70 (8), 1803-1806 (2012).
- Ohya, T., et al. Efficient preparation of high-quality 64Cu for routine use. Nuclear Medicine and Biology. 43 (11), 685-691 (2016).
- Koole, M., et al. EANM guidelines for PET-CT and PET-MR routine quality control. Zeitschrift für Medizinische Physik. , (2022).
- Sandahl, T. D., et al. The pathophysiology of Wilson's disease visualized: A human 64Cu PET study. Hepatology. 76 (6), 1461-1470 (2022).
- Munk, D. E., et al. Effect of oral zinc regimens on human hepatic copper content: a randomized intervention study. Scientific Reports. 12 (1), 14714 (2022).
- Kjærgaard, K., et al. Intravenous and oral copper kinetics, biodistribution and dosimetry in healthy humans studied by 64Cu]copper PET/CT. EJNMMI Radiopharmacy and Chemistry. 5 (1), 15 (2020).
- Brewer, G. J. Zinc acetate for the treatment of Wilson's disease. Expert Opinion on Pharmacotherapy. 2 (9), 1473-1477 (2001).
- Bush, J. A., et al. Studies on copper metabolism. XVI. Radioactive copper studies in normal subjects and in patients with hepatolenticular degeneration. Journal of Clinical Investigation. 34 (12), 1766-1778 (1955).
- Murillo, O., et al. High value of 64Cu as a tool to evaluate the restoration of physiological copper excretion after gene therapy in Wilson's disease. Molecular Therapy - Methods & Clinical Development. 26, 98-106 (2022).
- Squitti, R., et al. Copper dyshomeostasis in Wilson disease and Alzheimer's disease as shown by serum and urine copper indicators. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 45, 181-188 (2018).
