Imaging PET/TC a doppio tracciamento utilizzando 18F-AV-45 e 18F-AV-1451 per la diagnosi del morbo di Alzheimer

Sommario

Questo protocollo descrive la procedura standardizzata per l'imaging PET/CT a doppio tracciamento utilizzando ¹⁸F-AV-45 e ¹⁸F-AV-1451 in pazienti con sospetto morbo di Alzheimer (DA). Include la preparazione del paziente, l'amministrazione del tracciatore, i criteri di acquisizione e interpretazione delle immagini, oltre a caratteristiche rappresentative di imaging della patologia amiloide e tau.

Abstract

Il morbo di Alzheimer (DA) è un disturbo neurodegenerativo progressivo caratterizzato da un insorgenza insidiosa e un graduale deterioramento. Clinicamente, si manifesta come declino cognitivo e cambiamenti comportamentali piuttosto che solo come demenza generalizzata. Attualmente, l'accuratezza diagnostica dell'AD rimane limitata a causa delle manifestazioni cliniche aspecifiche e della bassa specificità degli esami convenzionali come valutazioni neuropsicologiche, elettroencefalografia (EEG), tomografia computerizzata (TC) e risonanza magnetica (MRI). La tomografia a emissione di positroni/tomografia computerizzata (PET/CT) fornisce informazioni strutturali e funzionali dettagliate insieme a specifiche distribuzioni molecolari, rendendola sempre più preziosa per la diagnosi e la ricerca dell'AD. Abbiamo eseguito scansioni PET/TC utilizzando i radiotraccanti ¹⁸F-AV-45 (florbetapir) e ¹⁸F-AV-1451 (flortaucipir). La distinzione chiave tra questi traccianti risiede nei loro bersagli molecolari: ¹⁸F-AV-45 si lega alla β-amiloide (Aβ), mentre ¹⁸F-AV-1451 mira specificamente alla proteina tau. Questo studio approfondisce il protocollo per l'uso combinato di entrambi i traccianti nella diagnosi dell'AD, comprendendo le procedure di preparazione del paziente, le tecniche di acquisizione dell'immagine, gli standard di interpretazione e il significato clinico della loro applicazione congiunta. Questo protocollo a doppio tracciatore fornisce un metodo sensibile, completo e non invasivo per rilevare sia la patologia dell'amiloide che quella della tau, migliorando la diagnosi precoce, la stadiazione della malattia e la ricerca sulla progressione della malattia.

Introduzione

Il morbo di Alzheimer (AD) è un disturbo neurodegenerativo caratterizzato da un lento esordio e un progressivo deterioramento della funzione cognitiva. Clinicamente, si presenta con declino cognitivo soggettivo (SCD), lieve compromissione cognitiva (MCI), deficit di memoria, disfunzione esecutiva, afasia e cambiamenti^{comportamentali.} Le caratteristiche patologiche distintive dell'AD includono la deposizione di placche β-amiloidi (Aβ) e la formazione di grovigli neurofibrillari composti da proteina tau iperfosforilata. Questi marcatori patologici sono criteri diagnostici chiave per l'AD e fungono da bersagli molecolari principali per l'imaging e gli studi sui biomarcatori. La prevalenza dell'AD aumenta drasticamente con l'età. A livello globale, più di 50 milioni di persone sono colpite e si prevede che il numero di casi di demenza triplicherà entro il 2050^2. L'AD è una delle principali cause di morte negli anziani, rappresentando un enorme onere socioeconomico. Tuttavia, la rilevazione precoce dell'AD rimane una sfida^{globale 3}. Alla luce di ciò, è urgente stabilire strategie diagnostiche precoci più precise.

La valutazione delle funzioni cognitive è il metodo preferito per diagnosticare la demenza da AD, ma alcune scale mancano di consenso sui valori ottimali di soglia e sulle norme adeguate in base all'istruzione. La tomografia computerizzata (TC) e l'imaging a risonanza magnetica (MRI), come modalità di neuroimaging di routine, possono essere impiegate per rilevare atrofia cerebrale o altre alterazioni strutturali che possono contribuire a disfunzioni cognitive. Nonostante l'uso di test cognitivi, TAC e risonanza magnetica, la diagnosi precoce rimane difficile perché l'imaging strutturale rileva tipicamente le variazioni solo in stadi moderati o avanzati e manca di specificità della^{malattia 4}. La tomografia a emissione di positroni/tomografia computerizzata (PET/CT), come tecnica di imaging molecolare non invasiva, consente un'analisi semi-quantitativa del metabolismo cerebrale e della deposizione proteica. L'applicazione combinata dei traccianti PET amiloide e tau fornisce informazioni complementari sulla fisiopatologia ^{della malattia} 5,6,7,8.

Il metabolismo aberrante e la deposizione di Aβ rappresentano l'evento iniziale e la forza motrice centrale nella progressione patologica dell'AD. Sotto l'influenza di fattori genetici (ad esempio, mutazioni nei geni APP o PSEN1/2) o di fattori legati all'età, la produzione di Aβ (in particolare Aβ42) aumenta e/o la sua clearance diminuisce, portando a concentrazioni elevate. I monomeri solubili Aβ inizialmente si aggregano in oligomeri solubili, ampiamente riconosciuti come la principale specie neurotossica. Questi oligomeri Aβ polimerizzano ulteriormente in fibrille insolubili e infine si depositano extracellularmente nel parenchima cerebrale, formando placche senili, una delle caratteristiche patologiche distintive dei cervelli dell'AD ^9,10. La deposizione e gli effetti neurotossici di Aβ danno origine a cascate patologiche a valle, in particolare l'iperfosforilazione della proteina Tau che porta a grovigli neurofibrillari, oltre a neuroinfiammazione sostenuta, che complessivamente provocano una perdita neuronale diffusa e un'atrofia^{cerebrale 11}. La formazione di grovigli neurofibrillari dovuta all'iperfosforilazione della proteina tau è uno dei tratti patologici^{dell'AD 12}, con forti correlazioni spaziotemporali nello sviluppo di neurodegenerazione e sintomi clinici. La proteina Tau, la proteina associata ai microtubuli più abbondante nel corpo, è ampiamente distribuita sia nel sistema nervoso periferico che in quello centrale. Il suo accumulo patologico è fortemente correlato alla gravità del deficit cognitivo, rendendolo un bersaglio terapeutico promettente per i pazienti con AD.

Secondo le linee guida dell'Agenzia Europea per i Medicinali (EMA), le misurazioni dei peptidi β-amiloide (Aβ) e dei livelli totali di proteine tau nel liquido cerebrospinale (LCR) possono aiutare nella diagnosi e nel monitoraggio terapeutico della malattia di Alzheimer (AD)^13,14. Sebbene questo metodo sia relativamente economico, la puntura lombare è invasiva e può causare fastidio o complicazioni. I biomarcatori^{plasmamici 15,16}, inclusi il rapporto Aβ42/40, il tau totale e la tau fosforilata—offrono un'alternativa non invasiva ed economicamente conveniente e sono sempre più applicati nello screening clinico. Tuttavia, l'imaging PET rimane indispensabile per visualizzare la distribuzione spaziale della patologia amiloide e tau in vivo, fornendo informazioni topografiche dettagliate^17,18 che completano i biomarcatori fluidi e migliorano la diagnosi differenziale e la valutazione^{prognostica 19}.

La rilevazione non invasiva della deposizione di proteine tau in specifiche regioni cerebrali ha un valore significativo per la predibilità e la diagnosi precoce della malattia. L'applicazione dei radiotraccianti tau consente la localizzazione visiva della deposizione cerebrale di tau, offrendo un supporto tempestivo e accurato per la diagnosi differenziale e il monitoraggio della malattia, fornendo al contempo prove cruciali per la valutazione di interventi clinici sperimentali.

¹⁸F-AV-45 (florbetapiro) mostra un'elevata affinità di legame con la proteina^{Aβ 20}. È stato ampiamente utilizzato nella ricerca clinica relativa alla proteina β-amiloide. ¹⁸L'imaging PET F-AV-45 consente la visualizzazione non invasiva della deposizione cerebrale di Aβ e, in una certa misura, riflette lo stato cognitivo clinico dei pazienti affetti da Alzheimer. ¹⁸F-AV-1451 (flortaucipir) viene utilizzato per studiare la densità e la distribuzione dei grovigli neurofibrillari aggregati Tau (NFT) nel^{cervello 21}. Come sonda molecolare specifica per tau per l'imaging PET, ha un potenziale significativo come biomarcatore per rilevare efficacemente il declino cognitivo e monitorare la progressione della malattia nei pazienti con AD. Sebbene questi traccianti siano ben consolidati individualmente, i rapporti che combinano entrambi per la valutazione simultanea dell'amiloide e della tau rimangono limitati. Questo protocollo introduce un flusso di lavoro di imaging PET/CT a doppio tracciamento progettato per offrire un modello diagnostico più accurato e completo per la malattia di Alzheimer.

Protocollo

Questo studio è stato approvato dal Medical Ethics Committee del First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine (Ref. IIT20210007C-R2). Tutti i partecipanti hanno fornito un consenso scritto informato prima della partecipazione e lo studio è stato condotto in conformità con la Dichiarazione di Helsinki. I reagenti e le attrezzature utilizzate sono elencati nella Tabella dei Materiali.

1. Qualifiche di esperti

1. Assicurarsi che il medico valutatore abbia una formazione specializzata in neurologia o psichiatria, e che almeno il 50% della sua pratica clinica riguardi la valutazione e la gestione di pazienti con deficit cognitivi o demenza, inclusa la sospetta DA.

2. Selezione dei pazienti

1. Criteri di inclusione: Includere i pazienti che soddisfano una o più delle seguenti condizioni:
   1. Individui che presentano un deficit cognitivo soggettivo, confermato da uno specialista della demenza.
   2. Pazienti con compromissione cognitiva di eziologia incerta dopo una valutazione completa.
   3. Pazienti con lieve deficit cognitivo (MCI) dovuto all'AD, definiti secondo i criteri²² della NIA-AA, che potrebbero beneficiare dell'imaging amiloide o tau per aumentare la fiducia diagnostica.
   4. Pazienti che soddisfano i criteri clinici per l'AD ma che mostrano caratteristiche atipiche o miste.
   5. Individui con demenza progressiva o a esordio precoce (insorgenza prima dei 65 anni), che richiedono chiarimenti sul sottotipo di malattia.
   6. Pazienti sottoposti a imaging per una valutazione della gravità della demenza.
2. Criteri di esclusione
   1. Escludere le persone con demenza vascolare, disturbo depressivo maggiore, trauma cranico, malattie psichiatriche o altre condizioni mediche che possono contribuire al declino cognitivo.

3. Preparazione del tracciante e dose di radiazione

1. Sintetizza ¹⁸F-AV-45 e ¹⁸F-AV-1451 secondo i protocolli^{stabiliti 23,24}. Assicurarsi che la purezza radiochimica superi il 95%.
2. Somministrare 370–400 MBq (10 ± 1 mCi) di ciascun tracciante per via endovenosa a una velocità controllata di 1–2 mL/s.
3. Lavare la linea endovenosa con soluzione salina normale per minimizzare la radioattività residua.
4. Annota la dose esatta iniettata, il tempo di iniezione e il sito di iniezione.

4. Preparazione dei partecipanti

1. Istruzioni pre-esame
   1. Fornisci un foglio informativo che illustri le procedure di studio e le precauzioni di sicurezza.
   2. Istruisci i partecipanti a evitare alcol, caffeina e attività fisica intensa per 24 ore prima della scansione.
   3. Mantenere uno stato fisiologico stabile per garantire la coerenza delle immagini da immagino.
   4. Prevedi una dieta e una dieta normali e idratazione prima dell'esaggio delle immagini.
   5. Interrompere farmaci psicotropi o neuroattivi (ad esempio, antidepressivi, antiepilettici, sedativi) 24–48 ore prima della scansione.
   6. Assicurati che ogni partecipante sia accompagnato da un assistente e porti con sé le cartelle cliniche e dei farmaci pertinenti.
2. Procedure del giorno della scansione
   1. Verifica il modulo di richiesta e l'identificazione del paziente.
   2. Ottieni un modulo di consenso informato firmato prima della somministrazione del tracciante.
   3. Annota altezza, peso, parametri vitali e eventuali farmaci assunti.
   4. Stabilire l'accesso endovenoso utilizzando un catetere da 20–22 G.
   5. Verifica le informazioni del paziente prima dell'iniezione del tracciante.

5. Procedure di imaging PET/TC

1. ¹⁸F-AV-45 Imaging PET/TC
   1. Iniettare ¹⁸F-AV-45 (370–400 MBq) per via endovenosa a 1–2 mL/s.
   2. Dopo l'iniezione, risciacqua la linea con soluzione salina e comprimi il sito per 5 minuti per prevenire l'extravasazione.
   3. Istrui il partecipante a riposare tranquillamente in una stanza poco illuminata (temperatura ~26 °C) per 50–70 minuti, evitando di parlare, mangiare o muoversi.
   4. Chiedi al partecipante di svuotare la vescica prima della scansione.
2. Acquisizione di immagini PET/CT
   1. Posizionamento
      1. Chiedi al partecipante di sdraiarsi supino sul tavolo PET/TC con la linea orbitomeatale di base perpendicolare al tavolo.
      2. Allinea il laser della linea mediana con la linea mediana nasale.
      3. Usa un poggiatesta o cuscinetti in schiuma per minimizzare i movimenti.
      4. Se il paziente non riesce a restare fermo, somministrare una sedazione lieve come approvato dal neurologo.
   2. Acquisizione scout e CT
      1. Acquisire immagini CT scout a basso dosaggio per la verifica della posizione.
      2. Eseguire una TAC utilizzando 120 kV, 300 mA, spessore taglio 3,0 mm, passo 0,8 e campo visivo assiale di 26 cm (dal forame magnum al vertice).
   3. Acquisizione dati PET
      1. Acquisire dati statici di PET per 20 minuti immediatamente dopo la TAC.
      2. Mantenere l'immobilità del paziente durante tutta l'acquisizione.
3. Ricostruzione dell'immagine
   1. Ricostruisci i dati PET usando l'algoritmo OSEM + PSF + TOF con 6 iterazioni e 5 sottoinsiemi.
   2. Dimensione della matrice: 440 × 440; Dimensione voxel: 2 × 2 × 3^{mm 3}.
   3. Fonde immagini PET e TAC per riferimento anatomico.
   4. Usa i dati CT solo per la correzione dell'attenuazione.
   5. Archivia tutti i dataset grezzi e ricostruiti.

6. ¹⁸F-AV-1451 Imaging PET/TC

1. Scheda ¹⁸F-AV-1451 PET/TC entro 1 settimana dopo ¹⁸F-AV-45 imaging (intervallo minimo di 24 ore).
2. Ripetere gli stessi passaggi di preparazione e imaging come per ^{il 18}F-AV-45.
3. Usa un periodo di assorbimento di 80–100 minuti, circa 30 minuti più lungo rispetto al ¹⁸F-AV-45.
4. Iniettare 370–400 MBq di ¹⁸F-AV-1451 per via endovenosa a 1–2 mL/s, seguito da un lavaggio salino.
5. Mantenere gli stessi parametri di scansione PET/TC descritti in precedenza (passo 5).
6. Assicurati che tutte le immagini siano anonimizzate prima dell'interpretazione.

7. Interpretazione e analisi delle immagini

1. Verifica la qualità dell'immagine per artefatti di movimento e allineamento.
2. Ciecare tutte le informazioni del paziente prima della revisione.
3. Eseguire un'interpretazione indipendente da parte di due medici di medicina nucleare, con consenso di un revisore senior.
4. Analizza le immagini visivamente usando una scala in scala di grigi coerente.
5. Valutare sei regioni cerebrali: frontale, parietale, temporale, lobbi occipitali, corteccia cingolata posteriore e cervelletto.
6. Assicura i seguenti criteri di interpretazione:
   1. Negativo:
      1. Assicurati di assorbire minimamente o assente la materia grigia, inferiore rispetto alla sostanza bianca adiacente.
      2. Assicurati un contrasto chiaro tra la materia grigia e la sostanza bianca con bordi ben definiti.
      3. Assicurati che la fessura interemisferica sia larga e irregolare.
   2. Positivi:
      1. Assicurati che una o più aree cerebrali mostrino assorbimento di sostanza grigia pari o superiore a quella della sostanza bianca.
      2. Garantire un'acquisizione simmetrica attraverso gli emisferi, spesso coinvolgendo i lobi temporali laterali, frontali, cingolati posteriori, precunei e parietali.
      3. Assicurarsi che la deposizione corticale Aβ coinvolga principalmente il lobo temporale laterale, il lobo frontale, il giro cingolo posteriore, il precuno e il lobo parietale, risparmiando o influenzando minimamente la corteccia sensomotoria e la corteccia visiva.
         NOTA: La fessura interemisferica non è visibile; se visibile, appare come una linea sottile e regolare. L'analisi dell'immagine PET di ¹⁸F-AV-1451 è stata condotta utilizzando la seguente metodologia: assorbimento anomalo del tracciatore tau osservato in qualsiasi regione cerebrale su tre sezioni consecutive.

8. Sintesi di tempistica e flusso di lavoro

1. Preparazione pre-esame: Effettuare la preparazione pre-esame 1–3 giorni prima della TAC. Assicurati che tutti i controlli di idoneità, le procedure di consenso informato e la programmazione dei traccianti vengano completati durante questo periodo.
2. Preparazione per il giorno della scansione: eseguire la preparazione del paziente 1–2 ore prima dell'iniezione del tracciante, inclusa la verifica a digiuno, la rimozione di oggetti metallici e le procedure di posizionamento del paziente.
3. ¹⁸Fase di assorbimento di F-AV-45: Consentire un periodo di assorbimento del tracciatore di 50–70 minuti dopo l'iniezione endovenosa di ¹⁸F-AV-45 prima dell'acquisizione dell'immagine.
4. ¹⁸Fase di assorbimento F-AV-1451 - Consentire un periodo di assorbimento del tracciatore di 80–100 minuti dopo l'iniezione endovenosa di ¹⁸F-AV-1451 prima dell'acquisizione dell'immagine.
5. Acquisizione PET/TC: Acquisire immagini PET/CT per circa 20 minuti per ogni tracciatore utilizzando il protocollo di scansione standardizzato.

Risultati

Caratteristiche tipiche dell'immagine del PET amiloide
Le caratteristiche tipiche di imaging PET negativo per amiloide includono il "segno di cresta" (il fenomeno gradiente formato dalla differenza di assorbimento tra sostanza grigia e bianca, più evidente nei lobi temporo-occipitali sulle immagini assiali), il "segno della doppia lente convessa" (un fenomeno a forma di fuso causato dalla separazione della sostanza bianca ad alta assorbimento nel centro semiovale dalla sostanza grigia adiacente a bass...

Discussione

Il morbo di Alzheimer (DA) rappresenta la causa più comune di demenza a livello mondiale. Gli approcci diagnostici convenzionali, inclusi test cognitivi, TAC e risonanza magnetica, spesso mancano di specificità, soprattutto nelle prime fasi della progressione della malattia. L'imaging PET/CT a doppio tracciante fornisce una strategia di imaging molecolare che consente la visualizzazione in vivo delle proteine patologiche chiave dell'AD—β-amiloide e tau—offrendo una maggiore prec...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Isolamento audiovisivo (tappi per le orecchie, maschera per gli occhi)	Compagnia 3M	1100 tappi per le orecchie; Maschera generica per gli occhi	Riduci gli input sensoriali durante il periodo di riposo.
Cuscinetti in schiuma e cinghie di contenimento	Qfix	RT-4542	Minimizza il movimento di testa e arti.
Poggiatesta	Radioterapia CIVCO	MTAP100	Immobilizzazione della testa durante la scansione.
Software per l'analisi delle immagini	Beijing MedEx	MEMRS-NM-C	Analisi semi-quantitativa e valutazioni basate su VOI.
Postazione di lavoro per ricostruzione dell'immagine	Siemens Healthineers	syngo.via	Ricostruzione PET/TAC e fusione dell'immagine.
Set di estensione IV / Rubinetto di fermamento a 3 vie	BD	20045	Fissa la linea di iniezione ed esegui un lavaggio salino.
Catetere IV periferico (20– 22G)	BD	Insyte Autoguard 20G	Stabilire l'accesso venoso periferico.
Scanner PET/TC	Siemens Healthineers, Germania	Biograph Vision	Acquisizione di immagini PET e CT.
Siringhe sterili (5 mL / 10 mL)	BD	Rif. 309604	Iniezione di radiotracante.
Termometro/igrometro	Testo	608-H1	Mantieni la temperatura ambiente (~26&grad; C) durante l'assorbimento.