Summary
Detta protokoll beskriver hur man utför 64Cu PET / CT och PET / MR-avbildning hos människor för att studera kopparrelaterade sjukdomar, såsom Wilsons sjukdom, och behandlingseffekten på kopparmetabolism.
Abstract
Koppar är ett viktigt spårämne som fungerar vid katalys och signalering i biologiska system. Radiomärkt koppar har använts i årtionden för att studera grundläggande kopparmetabolism hos människor och djur och kopparrelaterade störningar, såsom Wilsons sjukdom (WD) och Menkes sjukdom. Ett nytt tillägg till denna verktygslåda är 64-koppar (64 Cu) positronemissionstomografi (PET), som kombinerar den exakta anatomiska avbildningen av moderna datortomografi (CT) eller magnetisk resonanstomografi (MRT) skannrar med biodistributionen av 64Cu PET-spårsignalen. Detta möjliggör in vivo-spårning av kopparflöden och kinetik och därigenom direkt visualiserar kopparorgantrafik och metabolism hos människor och djur. Följaktligen är 64Cu PET väl lämpad för utvärdering av kliniska och prekliniska behandlingseffekter och har redan visat förmågan att diagnostisera WD exakt. Dessutom har 64Cu PET / CT-studier visat sig värdefulla inom andra vetenskapliga områden som cancer och strokeforskning. Den här artikeln visar hur man utför 64Cu PET / CT eller PET / MR hos människor. Procedurer för 64Cu-hantering, patientberedning och skannerkonfiguration visas här.
Introduction
Koppar är en viktig katalytisk kofaktor som driver flera viktiga biokemiska processer som är väsentliga för livet, och defekter i kopparhomeostas är direkt ansvariga för mänskliga sjukdomar. Mutationer i ATP7A- eller ATP7B-generna, som kodar för koppartransporterande ATPaser, orsakar Menkes respektive Wilsons sjukdomar. Menkes sjukdom (ATP7A) är en sällsynt dödlig sjukdom i intestinal kopparhyperackumulering med svår kopparbrist i perifera vävnader och underskott i kopparberoende enzymer1. Wilsons sjukdom (WD) (ATP7B) är en sällsynt sjukdom som kännetecknas av oförmågan att utsöndra överskott av koppar till gallan, vilket resulterar i kopparöverbelastning och efterföljande organskador, som allvarligt påverkar levern och hjärnan2.
Studier av kopparmetabolism har använt radioaktivt märkt koppar (vanligtvis 64-koppar [64Cu] eller 67-koppar) i årtionden, och dessa studier har visat sig vara ovärderliga för vår förståelse av däggdjurs kopparmetabolism, inklusive absorptionsställe och utsöndringsvägar 3,4,5,6. Tidigare användes gammaräknare för att detektera den radioaktiva signalen med en begränsad anatomisk upplösning, men nyligen har 64Cu positronemissionstomografi (PET) i kombination med datortomografi (CT) eller magnetisk resonanstomografi (MRT) introducerats i både human- och djurstudier. Idag har PET-skannrar en så hög känslighet att det är möjligt att spåra 64Cu i upp till 70 timmar efter injektion. Den långa halveringstiden på 12,7 timmar för 64Cu möjliggör långsiktig bedömning av kopparflöden. Denna förbättring av upplösningen har nyligen gått in i kopparstudier, och studier om normal och patologisk kopparmetabolism, liksom studier som utvärderar effekterna av specifika behandlingar, börjar dyka upp. Dessutom kommer införandet av helkropps-PET-skannrar med ett utökat synfält att ytterligare öka känsligheten hos dessa undersökningar.
Detta metodologiska dokument syftar till att göra det möjligt för kliniker och forskare att lägga till 64Cu PET CT / MRI till den befintliga repertoaren av verktyg som en robust och lättanvänd metod för att bedöma kopparmetabolism på ett sätt som är jämförbart mellan nukleärmedicinska avdelningar. Produktionen av 64Cu koppar kan utföras med olika metoder och utförs vanligtvis vid speciella anläggningar. Bland kärnreaktionerna används 64 Ni (p, n) 64 Cu-metoden i stor utsträckning, eftersom ett högt produktionsutbyte på 64Cu kan erhållas med protoner med låg energi i denna väg 7,8. En detaljerad beskrivning av produktionsmetoderna ligger utanför ramen för detta arbete, och tillgängligheten kommer att variera beroende på land och region.
I denna artikel beskriver vi först beredningen av nödvändig radiokemi och spårämnet. Därefter demonstreras principerna för beredning av PET / CT eller PET / MR-skannrar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Några kliniska prövningar med detta 64Cu PET / CT- eller PET / MR-protokoll har godkänts av den regionala etikkommittén i Region Midt, Danmark [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) och 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Skriftligt informerat samtycke erhölls från deltagarna vid inskrivningen. Inklusionskriterierna för alla deltagare var >18 år och för kvinnor användningen av säkra preventivmedel. Exklusionskriterierna för patienter med Wilsons sjukdom var dekompenserad cirros, en modell för leversjukdom i slutstadiet (MELD) poäng >11 eller en modifierad Nazer-poäng >6. Exklusionskriterierna för alla deltagare var en känd överkänslighet mot 64Cu eller andra ingredienser i spårämnet, graviditet, amning eller en önskan att bli gravid före prövningens slut.
1. Beredning av 64CuCl2
- Lös fast 64CuCl2i saltsyra (0,1 M) och tillsätt natriumacetatbuffert (0,5 M) för att öka pH till ~ 5. Formulera med saltlösning och filtrera, sterilisera lösningen genom att leda den genom ett 0,22 μm filter (se materialtabell).
OBS: Natriumacetatbuffert (0,5 M) framställs av natriumacetattrihydrat och sterilt vatten som passerar genom ett 0,22 μm steriliseringsfilter. - För kvalitetskontroll av den producerade 64CuCl2-lösningen, utför pH-mätning, bakteriell endotoxintestning, radiokemisk renhetsbestämning och radionuklidisk identifiering 7,8.
- Förvara produkten i en blybehållare vid rumstemperatur och förvara den i karantän tills alla specifikationer för kvalitetskontroll har uppfyllts på ett tillfredsställande sätt.
OBS: För den aktuella studien producerades 64CuCl2 med en radionuklidisk renhet ≥99% och en radiokemisk renhet ≥95%. Fast 64CuCl2, som användes som utgångsmaterial, erhölls från en kommersiell källa (se materialförteckning).
2. Beredning av PET-skanner
- Utför en kvalitetskontroll (QC)9 på skannern enligt tillverkarens protokoll (se Materialförteckning).
OBS: QC måste utföras dagligen på morgonen innan patienten skannar.
3. Ritning av spårämne för intravenös (IV) injektion och per oral (PO) administrering
- Använd plasthandskar och ta bort locket från blybehållaren.
- Använd lång pincett för att desinficera gummimembranet på den spårämnesinnehållande glasflaskan inuti blybehållaren med en desinfektionspinne.
- Använd pincett för att sätta in en kort kanyl (~ 0,5 mm x 16 mm) i membranet för att undvika spill från vakuumet inuti flaskan.
- Använd pincett för att sätta in en längre kanyl att dra från. Denna kanyl ska vara tillräckligt lång för att nå botten av flaskan (vanligtvis 50 mm).
- Se till att doskalibratorn (se materialtabellen) är kalibrerad för 64Cu. Beräkna en ungefärlig volym att rita för den första dragningen.
OBS: Från rapporterna om kemisk kvalitetskontroll kommer vätskans aktivitetsmängd och volym att finnas tillgänglig, vilket möjliggör beräkning av en ungefärlig volym att dra. - Använd plasthandskar, sätt in en plastspruta av lämplig storlek i den långa kanylen och dra upp den beräknade volymen. Denna volym beror på koncentrationen av 64 Cu i produkten och hur mycket 64Cu som bestäms för protokollet (se Dosberäkningar under de representativa resultaten).
- Använd pincett för att hålla kanylen medan du flyttar sprutan till doskalibratorn för att mäta radioaktiviteten.
- Fortsätt rita tills lämplig radioaktivitetsmängd har uppnåtts. Cirka 5 % av spårämnet kommer att finnas kvar i sprutan och kanylen efter injektionen.
OBS: 64Cu ska inte spädas i saltvatten, eftersom spårämnet kan fällas ut. Sprutan kan därför inte sköljas med saltvatten efter injektionen (detta är inte relevant för administrering av patientvärmesystem). - Med pincetten, applicera en kanyl med ett lock (~ 16 mm kanyl) för att stänga sprutan och förvara den i en blybehållare tills applicering.
4. Användning av spårämnet
- IV injektion
- Sätt in en intravenös kanyl (~ 22 G, 25 mm), helst i en cubital ven, och skölj med saltvatten för att säkerställa korrekt placering.
OBS: Ett kalkylblad med deltagarens namn, en stämpel eller signatur för frisläppande av spårämneskvalitetskontroll samt tidpunkter och radioaktivitet för ritning, injektion och överblivet spårämne bör finnas tillgängligt. - Mät radioaktiviteten i sprutan med hjälp av doskalibratorn och notera tid och aktivitet på arbetsbladet.
- Transportera sprutan i en blybehållare till deltagarens säng.
- Om någon spill-over inträffar från injektionen, placera en servett under deltagarens armbåge så att den spillda radioaktiviteten kan mätas.
- Med pincett, ta bort locket / kanylen från sprutan och anslut sprutan med plasthandskar till IV-åtkomsten. Notera tiden på kalkylbladet och injicera i en stadig rörelse.
OBS: Som tidigare nämnts ska sprutan inte sköljas med saltlösning eftersom spårämnet kan fällas ut. - Ta bort sprutan från IV-åtkomsten, sätt på locket / kanylen och placera den i blybehållaren med servetten om det behövs.
- Skölj IV-åtkomsten med saltvatten.
- Anteckna tid och kvarvarande radioaktivitet i sprutan på kalkylbladet.
OBS: Den injicerade aktiviteten beräknas som skillnaden mellan sprutans aktivitet före och efter injektionen, men med PET-skanningsprotokollet för att korrigera för sönderfall. Således matas alla tre tidpunkterna (ritning, injektion och restmätningar) och den uppmätta radioaktiviteten vid dragning och överblivna mätningar in i PET-skanningsprotokollet när deltagaren skannas (se steg 5). - Kassera överblivet material på lämpligt sätt, i enlighet med institutionella säkerhetsbestämmelser.
- Ta bort IV-åtkomsten. Om några allergiska reaktioner uppträder, lämna IV-åtkomsten i 30 minuter.
- Sätt in en intravenös kanyl (~ 22 G, 25 mm), helst i en cubital ven, och skölj med saltvatten för att säkerställa korrekt placering.
- Oral administrering
OBS: Ett kalkylblad med deltagarens namn, en stämpel eller signatur för frisläppande av spårämneskvalitetskontroll samt tidpunkter och radioaktivitet för ritning, administrering och överbliven spårämne bör finnas tillgängligt.- Häll cirka 100 ml vatten eller saft i en engångs- och mjuk plastkopp; 64Cu är smaklös. Ett engångssugrör av plast och en liten engångsplastpåse bör finnas tillgängliga.
- Mät radioaktiviteten i sprutan med hjälp av doskalibratorn och notera tid och aktivitet på arbetsbladet.
- Transportera sprutan i en blybehållare till deltagarens säng. Deltagaren ska sitta i en säng eller stol.
- Ta bort locket/kanylen från sprutan med pincett och injicera spårämnet i koppen med plasthandskar och var försiktig så att du inte spiller något. Dra upp lite av vattnet/saften och injicera det i koppen igen.
- Lägg ett plastsugrör i koppen (detta för att minimera risken för spill-over när deltagaren dricker).
- Notera tiden på arbetsbladet och låt deltagaren dricka. Koppen ska vara så tom som möjligt.
- Lägg den tomma koppen och sugröret i engångsplastpåsen med den tomma sprutan och placera dem i blybehållaren.
- Notera tiden och mät kvarvarande radioaktivitet i sprutan. Anteckning i kalkylbladet.
OBS: Den injicerade aktiviteten beräknas som skillnaden mellan sprutans aktivitet före och efter injektionen, men med PET-skanningsprotokollet för att korrigera för sönderfall.
Således matas alla tre tidpunkterna (ritning, injektion och restmätningar) och den uppmätta radioaktiviteten vid dragning och restmätning in i PET-skanningsprotokollet när deltagaren skannas (se Scan).
- Kassera överblivet material på lämpligt sätt, i enlighet med institutionella säkerhetsbestämmelser.
OBS: Observera deltagaren för akuta allergiska reaktioner i 30 minuter efter intaget kan vara lämpligt.
5. PET-skanningar
- Placera deltagaren i ryggläge i skannern.
- Utför översiktlig CT- eller MR-skanning för att planera den specifika regionen som ska undersökas under PET-skanningen.
- Notera tidpunkten för dragning, injektion och restmätning samt radioaktiviteten vid dragning och restmätning i PET-protokollet.
- Utför PET-skanning enligt stegen nedan.
OBS: PET-skanningsprotokollet måste standardiseras med avseende på skanningstid och bildrekonstruktionsparametrar för alla deltagare i samma studie; Publicerade rapporter bör följas10,11,12.- Utför statiska PET-skanningar med en skanningstid på 4,5 min/bäddposition i upp till 24 timmar efter administrering av spårämne och 10 min/bäddposition i upp till 68 timmar efter administrering av spårämne (för ytterligare utveckling, se Skanning under representativa resultat).
OBS: Under dynamisk PET-skanning registreras sönderfall kontinuerligt och segmenteras därefter i en ramstruktur. Detta gör det möjligt att välja bildrutor från korta tidsintervall för att betona dynamiken i 64Cu-fördelning och ramar från längre tidsintervall för att prioritera känslighet. Vanligtvis väljs kortare intervall direkt efter injektion och ökas gradvis därefter10.
- Utför statiska PET-skanningar med en skanningstid på 4,5 min/bäddposition i upp till 24 timmar efter administrering av spårämne och 10 min/bäddposition i upp till 68 timmar efter administrering av spårämne (för ytterligare utveckling, se Skanning under representativa resultat).
6. Rekonstruktion av bilder
- Rekonstruera bilderna med bästa tillgängliga korrigeringar för dämpning, spridning, flygtid och punktspridningsfunktion.
OBS: Bildrekonstruktionsparametrarna måste väljas noggrant för att optimera bildegenskaperna, såsom signalåterställning och signal-till-brus. För multicenterstudier är det viktigt att standardisera bildkvaliteten mellan centra.
7. Analys av data
OBS: Den aktuella studien beskriver en enkel metod för att kvantifiera 64Cu-innehåll i levern. PET-signalen mäts som standardupptagningsvärde (SUV), vävnadens radioaktivitetskoncentration justerad för deltagarnas viktinjicerade aktivitet och/eller kilobecquerel (kBq) per ml vävnad.
- Ladda ner data till ett lämpligt program, till exempel Dicom-filer, till PMOD.
OBS: Det finns sannolikt många olika program för att analysera PET-bilder, till exempel Hermes eller PMOD (se materialförteckning). - Justera CT / MR-skanningstonerna för att skilja de anatomiska strukturerna.
- Se till att den anatomiska skanningen och PET-skanningen överlappar varandra.
- Arbeta i horisontalplanet med den bästa MR- eller CT-skanningen, lokalisera levern och de stora strukturerna.
- Placera en lämplig volym av intresse (VOI) eller flera VOI i levern.
Obs: En VOI är ett definierat vävnadsområde där SUV mäts. En VOI består av flera intressanta regioner (ROI), som är vävnadsområden i ett plan. Många program har sfäriska VOI som en förinställning, vilket innebär att flera ROI (en i varje plan) inte behöver dras för att utgöra en VOI. Den högra leverloben tenderar att vara mer homogen och därmed en bra position för att placera VOI. - Placera flera VOI i höger leverlob i olika horisontella plan för att uppnå det mest exakta måttet på aktivitet, eftersom SUV kan variera något (~ 5%) i höger leverlob. Beräkna den genomsnittliga SUV för dessa VOI.
- För att kvantifiera SUV, till exempel i hela levern, rita ROI som täcker hela levervolymen i varje plan för dosimetristudier.
OBS: Undvik stora strukturer som artärer och vener när du använder denna metod.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Beräkning av dos
Enligt dosimetriberäkningar är den effektiva radioaktivitetsdosen vid intravenös administrering 62 ± 5 μSv/MBq spårämne10. Således rekommenderas en dos på 50 MBq beroende på tidsramen. Upp till 75-80 MBq är tillämpligt för längre undersökningar och ger bilder av god kvalitet utan att överskrida en etiskt godkänd dos. Den effektiva dosen för oral administrering är 113 ± 1 μSv/MBq spårämne på grund av tarmackumulering av spårämnet. Därför måste en lägre dos övervägas, och för upp till 24 timmar efter injektion är 30 MBq tillräckligt för att ge högkvalitativa bilder. Fertila kvinnliga deltagare bör alltid bli ombedda att göra ett negativt graviditetstest innan spårämnesapplicering.
Avsöka
För mycket långa undersökningar, utförda för att följa 64Cu biodistribution och kinetik i timmar eller dagar, utförs PET-undersökningen som flera separata statiska PET-skanningar. Detta gör att patienten kan vila mellan PET-undersökningarna. Varaktigheten för varje PET-undersökning justeras för att uppnå bästa bildkvalitet (dvs. skanningstiden förlängs när det injicerade spårämnet sönderfaller). Ett exempel på skanningstider som ger bilder av god kvalitet är 4,5 min/bäddläge i upp till 20 timmar efter administrering av spårämne och 10 min/bäddläge i upp till 68 timmar efter administrering av spårämne. Längre skanningstider kan ge ännu bättre bildkvalitet, men för långa skanningar är omöjliga och obekväma för patienten. Således är skanningarnas längd begränsad av praktiska egenskaper.
Analys av data
SUV är ett utmärkt mått för att jämföra individer (på grund av viktjusteringen) och att jämföra samma individer före och efter ett ingrepp. En standardavvikelse för SUV i VOI är tillgänglig från dataanalysprogrammet (t.ex. PMOD). Denna standardavvikelse ökar med tiden efter injektionen eftersom bullret ökar.
Figur 1 visar 64Cu i kroppen 6 timmar och 20 timmar efter intravenös injektion av ~70 MBq spårämnen hos en frisk försöksperson och en försöksperson med WD10. Bilderna är kvalitativt lätta att tolka eftersom 64Cu snabbt syns i gallblåsan (svår att se i figuren), tunntarmen och senare i tjocktarmen, medan den ackumuleras i levern hos patienten. Tarmen är också synlig på patientens skanning, men detta är inte från 64Cu i tarmlumen utan snarare från tarmblodkärlen. Tarmen ses av att 64 Cu är mer homogent fördelad längs hela tarmsegmentet, medan hos friska försökspersoner är 64Cu synlig i segment med högre signaler. 64Cu-halten i levern kvantifierades ytterligare genom att placera fem sfäriska VOI med en diameter på 10 mm i olika plan i höger leverlob, vilket gav en genomsnittlig SUV i organet för varje deltagare och sedan beräkna gruppens genomsnittliga SUV för jämförelse mellan grupper.
Figur 1: PET-undersökning som visar fördelningen 64Cu hos friska försökspersoner och WD efter intravenös administrering. Denna figur visar 64Cu i kroppen 6 h och 20 h efter IV injektion av ~ 70 MBq spårämnen. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2 visar resultaten av 64Cu-skanningar med det oralt administrerade spårämnet hos två individer. Båda är WD-patienter, men bottenindividen är under zinkbehandling, vilket visar att zinkbehandling minskar kopparupptaget i tarmarna och därmed till levern; Detta är en välkänd effekt av zinkbehandling13. Medan oralt administrerat spårämne är det fysiologiska sättet att inta koppar, kan det vara svårt att använda för diagnostik, eftersom endast 50% av 64Cu tas upp från tarmarna till systemcirkulationen (det mesta av spårämnet går till levern). Men för att påvisa effekterna av farmakologiska läkemedel på kopparupptag, vilket kan vara av stort intresse vid WD, har metoden visat sig vara värdefull11. Detta kan ses i figur 3, där samma individ har skannats med oral 64Cu före och efter 4 veckors behandling med zink11. Studiehypotesen var att kvantifiera zinks effekt på att blockera tarmkopparupptag genom att uppskatta kopparhalten i levern. Studien utfördes med olika zinksalter och dosregimer och visar metodens egenskaper vid testning av behandlingseffekter. Metodens förmåga att kvantifiera andra behandlingseffekter hos djur och människor testas.
Figur 2: PET-skanning som visar fördelningen 64Cu hos två WD-patienter efter oral administrering. Patienten i den övre panelen är utan zinkbehandling, och patienten i den nedre panelen är på zinkbehandling. Observera signalskillnaden i levern. Graf som visar lever SUV. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Effekterna av farmakologiska läkemedel på kopparupptag. PET / CT-skanning med oralt administrerad 64Cu före (A) och efter (B) 4 veckors zinkbehandling. Deltagaren är en frisk individ (lägg märke till 64Cu i gallblåsan, vilket inte skulle ses hos en WD-patient). Zinkbehandling minskade 64Cu-innehållet i levern till cirka 50% av förbehandlingsinnehållet i gruppen (10 deltagare). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden är som vilken annan PET-metod som helst, men den långa halveringstiden på 12,7 h ger möjlighet att undersöka långvariga kopparflöden (vi har goda resultat från upp till 68 h efter IV-spårämnesinjektion). Alla steg i protokollet måste hanteras av personal som är bekant med PET, även om de inte är mer kritiska än någon annan PET-undersökning.
Felsökning
Eftersom vi ofta använder 64Cu för långtidsundersökningar blir PET-signalen bullrigare än vanligt. Detta är viktigt att komma ihåg när man kvantifierar PET-signaler, särskilt i mindre organ som gallblåsan. Signalen i gallblåsan kommer att vara svår att skilja från spill-over från levern och tjocktarmen. I detta fall är mindre VOI centralt i orgeln de mest tillförlitliga.
Mängden 64Cu i levern, från vår erfarenhet, tenderar att variera mellan individer trots IV-injektion (en ganska stor variation i spårämnesupptag från tarmen måste förväntas med ett oralt administrerat spårämne). Detta begränsar jämförelserna mellan individer och kräver användning av förhållanden istället för bestämda siffror. Om administrering per oralt spårämne är att föredra rekommenderas att försökspersonerna hålls på en standardiserad diet i minst 24 timmar före spårämnesintaget för att begränsa intraindividuella skillnader, eftersom olika livsmedel kan störa koppar och därmed 64Cu-upptag11.
Begränsningar
När 64 Cu PET-metoden används antas det att den "heta" kopparen (64Cu) fungerar som den "kalla" kopparen i kroppen. Detta är dock inte säkert, och vi kan därför inte avgöra om den "heta" kopparen behandlas annorlunda i kroppen. Från de nuvarande resultaten tror vi dock att "varm" koppar fungerar som "kall" koppar. En ökning av radioaktiviteten i blodet efter 20 h observeras hos friska individer, vilket indikerar att 64Cu är inbyggd i ceruloplasmin. Denna ökning ses inte hos WD-patienter, som inte kan bygga koppar i det kopparbärande proteinet på grund av deras sjukdom. Detta och bristen på spårämnesutsöndring hos patienter pekar mot att 64Cu fungerar som "kall" koppar.
Även om 68 timmar är lång tid att följa ett radioaktivt spårämne, bör det fortfarande betraktas som en tillfällig bild av vad som händer med koppar i kroppen. Ett exempel är att även om avstannad 64 Cu utsöndring ses hos individer som är heterozygota för WD-genen, och därmed mer 64Cu i levern efter 20 h, har de inte leversjukdom eftersom de på lång sikt inte ackumulerar koppar.
Hittills är det inte känt om det finns en korrelation mellan kortvarig kopparackumulering (upp till 68 h) och långvarig kopparackumulering i levern och andra organ. Således kan metoden inte användas för att bestämma sjukdomens svårighetsgrad eller de långsiktiga effekterna av farmakologiska medel. Metoden är dock mycket användbar för att bestämma de kortsiktiga effekterna av behandlingen. Det kan användas för att testa om behandlingen ökar gall- eller urinutsöndringen upp till 68 timmar efter kopparintag, eller om en behandling minskar tarmkopparupptaget.
Betydelse
Experiment med 64Cu i WD är inte en ny teknik. Faktum är att IV-administrering av spårämnet och blodmätningar av radioaktivitet går tillbaka till 1950-talet14. Idag ger högupplösta PET-skannrar och kombination med CT eller MR en unik möjlighet att undersöka 64Cu-fördelningen i hela kroppen. Med dynamisk PET kan spårämnets kinetiska egenskaper ytterligare klarläggas. På grund av PET-skannrarnas begränsade synfält har det hittills inte varit möjligt att genomföra kinetiska analyser av koppars biodistribution i hela kroppen. För närvarande har dynamiskt upptag begränsats till levern och övre delen av buken, men tillkomsten av helkroppsskannrar kommer att möjliggöra samtidig undersökning av större områden. Detta kommer att underlätta undersökningen av den inledande perioden efter injektionen av 64Cu i flera organ, men med tanke på att sena tidpunkter efter injektion är mer relevanta för kopparrelaterade sjukdomar, förväntas helkroppsskannrar vara mer signifikanta på grund av deras ökade känslighet. Detta möjliggör högkvalitativ avbildning även vid låga radioaktivitetsnivåer, vilket överträffar nuvarande skannrars kapacitet.
Framtida tillämpningar
Hos människa har tekniken visat potential att diagnostisera WD10 och kvantifiera effekten av olika behandlingar på kopparupptag11. Hos djur har metoden visat sig kunna visa effekten av genterapi av WD genom att kvantifiera leverretentionen av 64Cu samt fekal utsöndring och förändringar i blodkinetik15. I framtiden förväntas 64Cu PET / CT eller PET / MR ses i en klinisk miljö för både diagnos och behandlingsutvärdering i WD. Metoden är också mycket sannolikt att vara en del av många kliniska prövningar som involverar nya terapier för WD, särskilt genterapi, där fekal utsöndring av det intravenösa injicerade spårämnet kan vara en surrogatmarkör för effekt15. Det finns för närvarande inga bra data för hjärnans 64Cu-upptag tillgängliga, men detta skulle vara mycket relevant för kliniska studier i WD.
Tekniken har ännu inte utforskats vid Menkes sjukdom, men skulle potentiellt kunna visa kopparupptag från tarmen och kopparupptag i hjärnan som en behandlingseffekt. Tekniken kan också ha potential vid neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers sjukdom, där kopparmetabolismen kan förändras16.
Det är värt att notera att 64 Cu blir allmänt tillgänglig i USA med den ökande användningen av 64Cu-Dotatate i neuroendokrin tumör (NET) diagnostik. Dessutom visar 67Cu potential i cancerteranostik; Således kan denna spårare också bli mer tillgänglig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inga intressekonflikter.
Acknowledgments
Med stöd av ett stipendium från Stiftelsen Vilhelm Pedersen &; Fru. Stiftelsen spelade ingen roll i planeringen eller någon annan fas av studien.
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).
