Summary
Denne protokol beskriver, hvordan man udfører 64Cu PET / CT og PET / MR-billeddannelse hos mennesker for at studere kobberrelaterede lidelser, såsom Wilsons sygdom, og behandlingseffekten på kobbermetabolisme.
Abstract
Kobber er et vigtigt sporelement, der fungerer i katalyse og signalering i biologiske systemer. Radioaktivt mærket kobber er blevet brugt i årtier til at studere grundlæggende kobbermetabolisme hos mennesker og dyr og kobberrelaterede lidelser, såsom Wilsons sygdom (WD) og Menkes sygdom. En nylig tilføjelse til dette værktøjssæt er 64-kobber (64 Cu) positronemissionstomografi (PET), der kombinerer den nøjagtige anatomiske billeddannelse af moderne computertomografi (CT) eller magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) scannere med biodistributionen af 64Cu PET-sporsignalet. Dette muliggør in vivo-sporing af kobberfluxer og kinetik og derved direkte visualisering af kobberorgantrafik og metabolisme for mennesker og dyr. Derfor er 64Cu PET velegnet til evaluering af kliniske og prækliniske behandlingseffekter og har allerede vist evnen til at diagnosticere WD nøjagtigt. Desuden har 64Cu PET / CT-undersøgelser vist sig værdifulde inden for andre videnskabelige områder som kræft og slagtilfælde. Denne artikel viser, hvordan man udfører 64Cu PET / CT eller PET / MR hos mennesker. Procedurer for 64Cu-håndtering, patientforberedelse og scanneropsætning er demonstreret her.
Introduction
Kobber er en vital katalytisk cofaktor, der driver flere vigtige biokemiske processer, der er afgørende for livet, og defekter i kobberhomeostase er direkte ansvarlige for menneskelige sygdomme. Mutationer i ATP7A- eller ATP7B-generne, der koder for kobbertransporterende ATPaser, forårsager henholdsvis Menkes og Wilsons sygdomme. Menkes sygdom (ATP7A) er en sjælden dødelig lidelse af intestinal kobberhyperakkumulering med alvorlig kobbermangel i perifert væv og underskud i kobberafhængige enzymer1. Wilsons sygdom (WD) (ATP7B) er en sjælden sygdom, der er karakteriseret ved manglende evne til at udskille overskydende kobber til galde, hvilket resulterer i kobberoverbelastning og efterfølgende organskader, der mest alvorligt påvirker leveren og hjernen2.
Undersøgelser af kobbermetabolisme har brugt radioaktivt mærket kobber (normalt 64-kobber [64Cu] eller 67-kobber) i årtier, og disse undersøgelser har vist sig uvurderlige for vores forståelse af pattedyrs kobbermetabolisme, herunder absorptionssted og udskillelsesveje 3,4,5,6. Tidligere blev gammatællere brugt til at detektere det radioaktive signal med en begrænset anatomisk opløsning, men for nylig er 64Cu positronemissionstomografi (PET) kombineret med computertomografi (CT) eller magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) blevet introduceret i både humane og dyreforsøg. I dag har PET-scannere en så høj følsomhed, at det er muligt at spore 64Cu i op til 70 timer efter injektion. Den lange halveringstid på 12,7 timer for 64Cu muliggør langsigtet vurdering af kobberfluxer. Denne forbedring af opløsningen er for nylig kommet ind på kobberundersøgelsesområdet, og undersøgelser af normal og patologisk kobbermetabolisme samt undersøgelser, der evaluerer virkningen af specifikke behandlinger, begynder at dukke op. Desuden vil indførelsen af helkrops-PET-scannere med et udvidet synsfelt yderligere øge følsomheden af disse undersøgelser.
Dette metodologiske papir har til formål at gøre det muligt for klinikere og forskere at tilføje 64Cu PET CT / MR til det eksisterende repertoire af værktøjer som en robust og brugervenlig metode til vurdering af kobbermetabolisme på en måde, der kan sammenlignes mellem nuklearmedicinske afdelinger. Produktionen af 64Cu kobber kan udføres ved hjælp af forskellige metoder og udføres normalt på specielle faciliteter. Blandt de nukleare reaktioner anvendes 64 Ni (p, n) 64 Cu-metoden i vid udstrækning, da et højt produktionsudbytte på 64Cu kan opnås med lavenergiprotoner i denne rute 7,8. En detaljeret beskrivelse af produktionsmetoderne er uden for rammerne af dette arbejde, og tilgængeligheden vil variere fra land til land og region.
I denne artikel beskriver vi først forberedelsen af den nødvendige radiokemi og sporet. Derefter demonstreres principperne for forberedelse af PET/CT- eller PET/MR-scannere.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Et par kliniske forsøg med denne 64Cu PET/CT- eller PET/MR-protokol er blevet godkendt af Region Midts Regionale Etiske Komité [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) og 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Skriftligt informeret samtykke blev indhentet fra deltagerne ved tilmelding. Inklusionskriterierne for alle deltagere var >18 år og for kvinder brugen af sikker prævention. Udelukkelseskriterierne for patienter med Wilsons sygdom var dekompenseret cirrose, en Model for End-stage Liver Disease (MELD) score >11 eller en modificeret Nazer-score >6. Eksklusionskriterierne for alle deltagere var en kendt overfølsomhed over for 64Cu eller andre ingredienser i sporstofformlen, graviditet, amning eller et ønske om at blive gravid inden forsøgets afslutning.
1. Fremstilling af 64CuCl2
- Fast stof 64CuCl2 opløses i saltsyre (0,1 M) og tilsættes natriumacetatbuffer (0,5 M) for at øge pH-værdien til ~5. Formuler med saltvand og filtrer steriliser opløsningen ved at føre den gennem et 0,22 μm filter (se materialetabel).
BEMÆRK: Natriumacetatbuffer (0,5 M) fremstilles af natriumacetattrihydrat og sterilt vand, der ledes gennem et 0,22 μm steriliseringsfilter. - Til kvalitetskontrol af den producerede 64CuCl2-opløsning udføres pH-måling, bakteriel endotoksintestning, bestemmelse af radiokemisk renhed og radionuklidisk identifikation 7,8.
- Opbevar produktet i en blybeholder ved stuetemperatur, og opbevar det i karantæne, indtil alle kvalitetskontrolspecifikationer er opfyldt tilfredsstillende.
BEMÆRK: Til denne undersøgelse blev 64CuCl2 fremstillet med en radionuklidisk renhed ≥99% og en radiokemisk renhed ≥95%. Faste stoffer 64CuCl2, der anvendes som udgangsmateriale, stammer fra en kommerciel kilde (se materialetabel).
2. Forberedelse af PET-scanner
- Udfør en kvalitetskontrol (QC)9 på scanneren i henhold til producentens protokol (se materialetabellen).
BEMÆRK: QC'er skal udføres dagligt om morgenen før patientscanninger.
3. Udtagning af røbestof til intravenøs (IV) injektion og pr. oral (PO) administration
- Brug plastikhandsker og fjern låget fra blybeholderen.
- Brug en lang pincet til at desinficere gummimembranen på den sporholdige glasflaske inde i blybeholderen med en desinfektionspindel.
- Brug en pincet til at indsætte en kort kanyle (~0,5 mm x 16 mm) i membranen for at undgå spild fra vakuumet inde i flasken.
- Brug pincet til at indsætte en længere kanyle til at trække fra. Denne kanyle skal være lang nok til at nå bunden af flasken (normalt 50 mm).
- Sørg for, at dosiskalibratoren (se materialetabellen) er kalibreret til 64Cu. Beregn et omtrentligt volumen, der skal tegnes til den første trækning.
BEMÆRK: Fra de kemiske kvalitetskontrolrapporter vil væskens aktivitetsmængde og volumen være tilgængelig, hvilket gør det muligt at beregne et omtrentligt volumen, der skal trækkes. - Brug plastikhandsker, indsæt en plastiksprøjte i den lange kanyle i den lange kanyle, og træk det beregnede volumen. Dette volumen afhænger af koncentrationen på 64 Cu i produktet, og hvor meget 64Cu der er besluttet for protokollen (se Dosisberegninger under de repræsentative resultater).
- Brug pincet til at holde kanylen, mens sprøjten flyttes til dosiskalibratoren for at måle radioaktiviteten.
- Bliv ved med at tegne, indtil den passende radioaktivitetsmængde er nået. Ca. 5% af sporstoffet forbliver i sprøjten og kanylen efter injektion.
BEMÆRK: 64Cu bør ikke fortyndes i saltvand, da sporstoffet kan udfældes. Sprøjten kan derfor ikke skylles med saltvand efter injektionen (dette er ikke relevant for PO-administration). - Med pincetten påføres en kanyle med en hætte (~16 mm kanyle) for at lukke sprøjten og opbevare den i en blybeholder indtil påføring.
4. Anvendelse af røbestoffet
- IV injektion
- Indsæt en intravenøs kanyle (~ 22 G, 25 mm), helst i en alen vene, og skyl med saltvand for at sikre korrekt placering.
BEMÆRK: Et regneark med deltagerens navn, et stempel eller en underskrift til frigivelse af sporingskvalitetskontrol og tidspunkter og radioaktivitet til tegning, injektion og resterende sporstof skal være tilgængeligt. - Mål radioaktiviteten i sprøjten ved hjælp af den tilgængelige dosiskalibrator, og noter tid og aktivitet på arbejdsarket.
- Transport sprøjten i en blybeholder til deltagerens seng.
- Hvis der opstår afsmittende virkning fra injektionen, skal du placere en serviet under deltagerens albue, så den spildte radioaktivitet kan måles.
- Fjern hætten/kanylen fra sprøjten med en pincet, og tilslut sprøjten til IV-adgangen med plastikhandsker. Bemærk tiden på regnearket, og indsæt en stabil bevægelse.
BEMÆRK: Som tidligere nævnt må sprøjten ikke skylles med saltvand, da sporstoffet kan udfældes. - Fjern sprøjten fra IV-adgangen, sæt hætten/kanylen på, og læg den om nødvendigt i blybeholderen med servietten.
- Skyl IV-adgangen igennem med saltvand.
- Bemærk tiden og den resterende radioaktivitet i sprøjten på arbejdsarket.
BEMÆRK: Den injicerede aktivitet beregnes som forskellen mellem sprøjteaktiviteten før og efter injektionen, men ved hjælp af PET-scanningsprotokollen til at korrigere for henfald. Således indføres alle tre tidspunkter (træk-, injektions- og restmålinger) og den målte radioaktivitet ved trækningen og restmålingerne i PET-scanningsprotokollen, når deltageren scannes (se trin 5). - Bortskaf det resterende materiale korrekt i henhold til institutionelle sikkerhedsforskrifter.
- Fjern IV-adgangen. Hvis der opstår allergiske reaktioner, skal du lade IV-adgangen være i 30 minutter.
- Indsæt en intravenøs kanyle (~ 22 G, 25 mm), helst i en alen vene, og skyl med saltvand for at sikre korrekt placering.
- Oral administration
BEMÆRK: Et regneark med deltagerens navn, et stempel eller en signatur til frigivelse af sporingskvalitetskontrol og tidspunkter og radioaktivitet til tegning, administration og resterende sporstof skal være tilgængeligt.- I en engangs og blød plastkop hældes omkring 100 ml vand eller hjertelig; 64Cu er smagløs. Der bør være et engangssugerør af plast og en lille engangspose af plast til rådighed.
- Mål radioaktiviteten i sprøjten ved hjælp af den tilgængelige dosiskalibrator, og noter tid og aktivitet på arbejdsarket.
- Transport sprøjten i en blybeholder til deltagerens seng. Deltageren skal sidde i en seng eller stol.
- Fjern hætten/kanylen fra sprøjten med en pincet, og injicer sporstoffet i koppen iført plastikhandsker, og pas på ikke at spilde noget. Træk lidt af vandet/hjerteligt op og sprøjt det ned i koppen igen.
- Læg et plastiksugerør i koppen (dette er for at minimere risikoen for spild, når deltageren drikker).
- Notér tiden på regnearket, og lad deltageren drikke. Koppen skal være så tom som muligt.
- Læg den tomme kop og sugerøret i engangsplastposen med den tomme sprøjte og læg dem i blybeholderen.
- Bemærk tiden og mål den resterende radioaktivitet i sprøjten. Bemærk i regnearket.
BEMÆRK: Den injicerede aktivitet beregnes som forskellen mellem sprøjteaktiviteten før og efter injektionen, men ved hjælp af PET-scanningsprotokollen til at korrigere for henfald.
Således indtastes alle tre tidspunkter (træk-, injektions- og restmålinger) og den målte radioaktivitet ved trækningen og restmålingen i PET-scanningsprotokollen, når deltageren scannes (se Scan).
- Bortskaf det resterende materiale korrekt i henhold til institutionelle sikkerhedsforskrifter.
BEMÆRK: Det kan være hensigtsmæssigt at observere deltageren for akutte allergiske reaktioner i 30 minutter efter indtagelsen.
5. PET-scanninger
- Placer deltageren i liggende stilling i scanneren.
- Udfør oversigt CT- eller MR-scanning for at planlægge det specifikke område, der skal undersøges under PET-scanningen.
- Bemærk tidspunktet for udtrækningen, injektionen og restmålingen samt radioaktiviteten ved trækningen og restmålingen i PET-protokollen.
- Udfør PET-scanning ved at følge nedenstående trin.
BEMÆRK: PET-scanningsprotokollen skal standardiseres med hensyn til scanningsvarighed og billedrekonstruktionsparametre for alle deltagere i samme undersøgelse; Offentliggjorte rapporter skal følges10,11,12.- Udfør statiske PET-scanninger med en scanningstid på 4,5 min/sengeposition i op til 24 timer efter administration af sporstof og 10 min/sengeposition i op til 68 timer efter administration af sporstof (se Scan yderligere under de repræsentative resultater).
BEMÆRK: Under dynamisk PET-scanning registreres henfaldet løbende og segmenteres efterfølgende i en rammestruktur. Dette giver mulighed for valg af rammer fra korte tidsintervaller for at understrege dynamikken i 64Cu-fordeling og rammer fra længere tidsintervaller for at prioritere følsomhed. Typisk vælges kortere intervaller lige efter injektion og øges gradvist derefter10.
- Udfør statiske PET-scanninger med en scanningstid på 4,5 min/sengeposition i op til 24 timer efter administration af sporstof og 10 min/sengeposition i op til 68 timer efter administration af sporstof (se Scan yderligere under de repræsentative resultater).
6. Rekonstruktion af billeder
- Rekonstruer billederne ved hjælp af de bedste tilgængelige korrektioner for dæmpning, spredning, flyvetid og punktspredningsfunktion.
BEMÆRK: Billedrekonstruktionsparametrene skal vælges omhyggeligt for at optimere billedegenskaberne, såsom signalgendannelse og signal-til-støj. For multicenterstudier er det afgørende at standardisere billedkvaliteten mellem centre.
7. Analyse af data
BEMÆRK: Denne undersøgelse beskriver en simpel metode til at kvantificere 64Cu-indhold i leveren. PET-signalet måles som standardoptagelsesværdi (SUV), vævsradioaktivitetskoncentrationen justeret for deltagervægt, injiceret aktivitet og/eller kilobecquerel (kBq) pr. ml væv.
- Download data til et passende program, for eksempel Dicom-filer, til PMOD.
BEMÆRK: Der er sandsynligvis mange forskellige programmer til analyse af PET-billeder, såsom Hermes eller PMOD (se materialetabel). - Juster CT/MR-scanningstonerne for at differentiere de anatomiske strukturer.
- Sørg for, at den anatomiske scanning og PET-scanningen overlapper hinanden.
- Arbejd i vandret plan med den bedste MR- eller CT-scanning, lokaliser leveren og de store strukturer.
- Placer et passende volumen af interesse (VOI) eller flere VOI'er i leveren.
BEMÆRK: En VOI er et defineret område af væv, hvor SUV'en måles. En VOI består af flere interesseområder (ROI'er), som er vævsområder i et plan. Mange programmer har sfæriske VOI'er som forudindstilling, hvilket betyder, at flere ROI'er (en i hvert plan) ikke behøver at blive tegnet for at udgøre en VOI. Den højre leverlap har tendens til at være mere homogen og dermed en god position til at placere VOI'er. - Placer flere VOI'er i højre leverlap i forskellige vandrette planer for at opnå det mest præcise mål for aktivitet, da SUV'en kan variere noget (~ 5%) i højre leverlap. Beregn den gennemsnitlige SUV for disse VOI'er.
- For at kvantificere SUV'en, for eksempel i hele leveren, skal du tegne ROI'er, der dækker hele levervolumenet i hvert plan til dosimetriundersøgelser.
BEMÆRK: Undgå store strukturer som arterier og vener, når du bruger denne metode.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dosisberegning
Baseret på dosimetriske beregninger er den effektive radioaktivitetsdosis ved intravenøs administration 62 ± 5 μSv/MBqsporstof 10. Således anbefales en dosis på 50 MBq afhængigt af tidsrammen. Op til 75-80 MBq kan anvendes til længere undersøgelser og giver billeder af god kvalitet uden at overskride en etisk godkendt dosis. Den effektive dosis til oral administration er 113 ± 1 μSv/MBq-sporstof på grund af tarmakkumulering af sporstoffet. Derfor skal en lavere dosis overvejes, og i op til 24 timer efter injektion er 30 MBq tilstrækkeligt til at give billeder i høj kvalitet. Fertile kvindelige deltagere bør altid blive bedt om en negativ graviditetstest før sporstofanvendelse.
Scanne
Ved meget lange undersøgelser, der udføres for at følge 64Cu biodistribution og kinetik i timer eller dage, udføres PET-undersøgelsen som flere separate statiske PET-scanninger. Dette gør det muligt for patienten at hvile mellem PET-undersøgelserne. Varigheden af hver PET-undersøgelse justeres for at opnå den bedste billedkvalitet (dvs. scanningstiden forlænges, når det injicerede sporstof henfalder). Et eksempel på scanningstider, der giver billeder af god kvalitet, er 4,5 min/sengeposition i op til 20 timer efter administration af sporstof og 10 min/sengeposition i op til 68 timer efter administration af sporstof. Længere scanningstider kan give endnu bedre billedkvalitet, men for lange scanninger er umulige og ubehagelige for patienten. Længden af scanningerne er således begrænset af det praktiske.
Analyse af data
SUV er et glimrende mål for at sammenligne individer (på grund af vægtjusteringen) og sammenligne de samme personer før og efter en intervention. En standardafvigelse for SUV'en i VOI er tilgængelig fra dataanalyseprogrammet (f.eks. PMOD). Denne standardafvigelse øges med tiden efter injektionen, fordi støjen øges.
Figur 1 viser 64Cu i kroppen 6 timer og 20 timer efter IV injektion af ~ 70 MBq sporstoffer hos en sund forsøgsperson og en person med WD10. Billederne er kvalitativt lette at fortolke, da 64Cu hurtigt er synlig i galdeblæren (svært at se i figuren), tyndtarmen og senere i tyktarmen, mens det ophobes i leveren hos patienten. Tarmen er også synlig på patientens scanning, men dette er ikke fra 64Cu i tarmens lumen, men snarere fra tarmens blodkar. Tarmen ses ved, at 64 Cu er mere homogent fordelt langs hele tarmsegmentet, mens 64Cu hos raske forsøgspersoner er synlig i segmenter med højere signaler. 64Cu-indholdet i leveren blev yderligere kvantificeret ved at placere fem sfæriske VOI'er med en diameter på 10 mm i forskellige planer i højre leverlap, hvilket gav en gennemsnitlig SUV i organet for hver deltager og derefter beregne gruppens gennemsnitlige SUV til sammenligning mellem grupper.
Figur 1: PET-scanning, der viser 64Cu-fordeling hos raske og WD-forsøgspersoner efter intravenøs administration. Denne figur viser 64Cu i kroppen 6 timer og 20 timer efter IV injektion af ~ 70 MBq sporstoffer. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2 viser resultaterne af 64Cu-scanninger med det oralt administrerede sporstof hos to personer. Begge er WD-patienter, men det nederste individ er under zinkbehandling, hvilket viser, at zinkbehandling reducerer kobberoptagelsen i tarmene og dermed til leveren; Dette er en velkendt effekt af zinkbehandling13. Mens oralt administreret sporstof er den fysiologiske måde at indtage kobber på, kan det være vanskeligt at bruge til diagnostik, da kun 50% af de 64Cu optages fra tarmene til systemisk cirkulation (det meste af sporstoffet går til leveren). For at demonstrere virkningerne af farmakologiske lægemidler på kobberoptagelse, som kan være af stor interesse for WD, har metoden imidlertid vist sig at være værdifuld11. Dette ses i figur 3, hvor den samme person er blevet scannet med oral 64Cu før og efter 4 ugers behandling med zink11. Undersøgelsens hypotese var at kvantificere zinks effekt på blokering af intestinal kobberoptagelse ved at estimere kobberindholdet i leveren. Studiet blev udført med forskellige zinksalte og dosisregimer og demonstrerer metodens kvaliteter til test af behandlingseffekter. Metodens evne til at kvantificere andre behandlingseffekter i dyr og mennesker testes.
Figur 2: PET-scanning, der viser 64Cu-fordeling hos to WD-patienter efter oral administration. Patienten i overpanelet er uden zinkbehandling, og patienten i det nederste panel er i zinkbehandling. Bemærk signalforskellen i leveren. Graf, der viser lever SUV. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Virkningerne af farmakologiske lægemidler på kobberoptagelse. PET/CT-scanning ved oral administration af 64Cu før (A) og efter (B) 4 ugers zinkbehandling. Deltageren er et sundt individ (bemærk de 64Cu i galdeblæren, som ikke ville ses hos en WD-patient). Zinkbehandling reducerede 64Cu-indhold i leveren til ca. 50% af indholdet før behandlingen i gruppen (10 deltagere). Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden er som enhver anden PET-metode, men den lange halveringstid på 12,7 timer giver mulighed for at undersøge langsigtede kobberfluxer (vi har gode resultater fra op til 68 timer efter IV-sporinjektion). Alle trin i protokollen skal håndteres af personale, der er bekendt med PET, selv om de ikke er mere kritiske end nogen anden PET-undersøgelse.
Fejlfinding
Fordi vi ofte bruger 64Cu til langsigtede undersøgelser, vil PET-signalet være mere støjende end normalt. Dette er vigtigt at huske, når man kvantificerer PET-signaler, især i mindre organer som galdeblæren. Signalet i galdeblæren vil være svært at skelne fra afsmitning fra leveren og tyktarmen. I dette tilfælde er mindre VOI'er centralt i orglet de mest pålidelige.
Mængden af 64Cu i leveren, fra vores erfaring, har tendens til at variere mellem individer på trods af IV-injektion (en ret stor varians i sporoptagelse fra tarmen må forventes med et oralt administreret sporstof). Dette begrænser sammenligningerne mellem individer og kræver brug af nøgletal i stedet for bestemte tal. Hvis oral administration af sporstoffer foretrækkes, anbefales det at holde forsøgspersoner på standardiseret diæt i mindst 24 timer før sporstofindtagelsen for at begrænse forskelle mellem individer, da forskellige fødevarer kan interferere med kobber og dermed med 64Cu-optagelse11.
Begrænsninger
Når 64 Cu PET-metoden anvendes, antages det, at det "varme" kobber (64Cu) fungerer som det "kolde" kobber i kroppen. Dette er dog ikke sikkert, og vi kan derfor ikke afgøre, om det "varme" kobber behandles forskelligt i kroppen. Fra de nuværende resultater mener vi dog, at "varmt" kobber fungerer som "koldt" kobber. En stigning i blodradioaktivitet efter 20 timer observeres hos raske individer, hvilket indikerer, at 64Cu er indbygget i ceruloplasmin. Denne stigning ses ikke hos WD-patienter, som ikke kan bygge kobber ind i det kobberbærende protein på grund af deres lidelse. Dette og manglen på udskillelse af sporstoffer hos patienter peger mod 64Cu, der fungerer som "koldt" kobber.
Selvom 68 timer er lang tid at følge et radioaktivt sporstof, bør det stadig betragtes som et midlertidigt billede af, hvad der sker med kobber i kroppen. Et eksempel er, at selvom standset 64 Cu udskillelse ses hos personer, der er heterozygote for WD genet, og dermed mere 64Cu i leveren efter 20 timer, har de ikke leversygdom, fordi de på lang sigt ikke akkumulerer kobber.
Indtil videre vides det ikke, om der er en sammenhæng mellem kortvarig kobberakkumulering (op til 68 timer) og langvarig kobberakkumulering i leveren og andre organer. Metoden kan således ikke anvendes til at bestemme sygdommens sværhedsgrad eller langtidsvirkningerne af farmakologiske midler. Metoden er imidlertid meget nyttig til bestemmelse af de kortsigtede virkninger af behandlingen. Det kan bruges til at teste, om behandlingen øger galde- eller urinudskillelsen op til 68 timer efter kobberindtagelse, eller hvis en behandling nedsætter tarmens kobberoptagelse.
Betydning
Eksperimenter med 64Cu i WD er ikke en ny teknik. Faktisk går IV administration af sporstoffet og blodmålinger af radioaktivitet tilbage til 1950'erne14. I dag giver PET-scannere med høj opløsning og kombination med CT eller MR en unik mulighed for at undersøge 64Cu-fordelingen i hele kroppen. Med dynamisk PET kan sporstoffets kinetiske egenskaber yderligere belyses. På grund af PET-scannernes begrænsede synsfelt har det hidtil ikke været muligt at foretage kinetiske analyser af kobbers biodistribution i hele kroppen. I øjeblikket er dynamisk optagelse begrænset til leveren og øvre del af maven, men fremkomsten af helkropsscannere vil muliggøre samtidig undersøgelse af større områder. Dette vil lette undersøgelsen af den indledende periode efter injektion af 64Cu i flere organer, men da sene tidspunkter efter injektion er mere relevante for kobberrelaterede lidelser, forventes helkropsscannere at være mere signifikante på grund af deres øgede følsomhed. Dette giver mulighed for billeddannelse af høj kvalitet, selv ved lave radioaktivitetsniveauer, hvilket overgår de nuværende scanneres kapacitet.
Fremtidige applikationer
Hos mennesker har teknikken vist potentiale til at diagnosticere WD10 og kvantificere effekten af forskellige behandlinger på kobberoptagelse11. Hos dyr har metoden vist sig at kunne vise effekten af genterapi af WD ved at kvantificere leverretention på 64Cu samt fækal udskillelse og ændringer i blodkinetik15. I fremtiden forventes det, at 64Cu PET/CT eller PET/MR vil blive set i kliniske omgivelser til både diagnose og behandlingsevaluering i WD. Metoden er også meget sandsynligt at være en del af mange kliniske forsøg, der involverer nye terapier til WD, især genterapi, hvor fækal udskillelse af det IV-injicerede sporstof kan være en surrogatmarkør for effekt15. Der er i øjeblikket ingen gode data for hjerne 64Cu-optagelse tilgængelig, men dette ville være yderst relevant for kliniske studier i WD.
Teknikken er endnu ikke undersøgt ved Menkes sygdom, men kan potentielt vise kobberoptagelse fra tarmen og kobberoptagelse i hjernen som en behandlingseffekt. Teknikken kan også have potentiale i neurodegenerative sygdomme som Alzheimers sygdom, hvor kobbermetabolismen kan ændres16.
Det er værd at bemærke, at 64 Cu bliver bredt tilgængeligt i USA med den stigende anvendelse af 64Cu-Dotatat i neuroendokrin tumor (NET) diagnostik. Desuden viser 67Cu potentiale i kræftternostik; Således kan dette sporstof også blive mere tilgængeligt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Støttet af en bevilling fra Mindefonden for Fabrikant Vilhelm Pedersen &. Hustru. Fonden spillede ingen rolle i planlægningen eller nogen anden fase af undersøgelsen.
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).
