銅関連疾患研究のためのトレーサーとして64-銅を用いた陽電子放出断層撮影

サマリー

本プロトコルは、ウィルソン病などの銅関連障害、および銅代謝に対する治療効果を研究するために、ヒトで ^64CuPET / CTおよびPET / MRIイメージングを実行する方法を説明しています。

要約

銅は必須の微量元素であり、生体系における触媒作用とシグナル伝達において機能します。放射性標識銅は、基本的なヒトおよび動物の銅代謝およびウィルソン病(WD)やメンケ病などの銅関連障害の研究に数十年にわたって使用されてきました。このツールキットに最近追加されたのは、64銅(⁶⁴Cu)陽電子放出断層撮影(PET)で、最新のコンピューター断層撮影(CT)または磁気共鳴画像(MRI)スキャナーの正確な解剖学的イメージングと ⁶⁴Cu PETトレーサー信号の生体分布を組み合わせています。これにより、銅フラックスおよび動態の in vivo 追跡が可能になり、それによってヒトおよび動物の銅器官の交通および代謝を直接視覚化することができる。その結果、 ⁶⁴Cu PETは臨床および前臨床治療効果の評価に適しており、WDを正確に診断する能力をすでに実証しています。さらに、 ⁶⁴のCu PET / CT研究は、癌や脳卒中の研究などの他の科学分野で価値があることが証明されています。本稿では、 ^ヒトで64Cu PET / CTまたはPET / MRを実行する方法を示します。 ^{ここでは、64}Cuの取り扱い、患者の準備、およびスキャナーのセットアップの手順を示します。

概要

銅は、生命に不可欠な複数の重要な生化学的プロセスを推進する重要な触媒補因子であり、銅の恒常性の欠陥は人間の病気に直接関与しています。銅輸送ATPアーゼをコードするATP7AまたはATP7B遺伝子の変異は、それぞれメンケ病およびウィルソン病を引き起こす。メンケ病(ATP7A)は、末梢組織における重度の銅欠乏および銅依存性酵素の欠損を伴う腸銅過蓄積のまれな致死的障害である¹。ウィルソン病(WD)(ATP7B)は、過剰な銅を胆汁に排泄できないことを特徴とするまれな疾患であり、銅の過負荷とそれに続く臓器損傷を引き起こし、肝臓と脳に最も深刻な影響を及ぼします²。

銅代謝に関する研究は、放射性標識銅(通常64-銅[^{64Cu]または67}-銅)を何十年にもわたって利用しており、これらの研究は、吸収部位および排泄経路を含む哺乳類の銅代謝の理解にとって非常に貴重であることが証明されています3,4,5,6。以前は、ガンマカウンターを使用して解剖学的分解能が限られている放射性信号を検出していましたが、最近、コンピューター断層撮影(CT)または磁気共鳴画像法(MRI)と組み合わせた^64Cu陽電子放出断層撮影(PET)が人間と動物の両方の研究に導入されました。現在、PETスキャナーは非常に高い感度を備えているため、注入後最大70時間、⁶⁴Cuを追跡できます。⁶⁴Cuの半減期は12.7時間と長いため、銅フラックスの長期的な評価が可能です。この分解能の向上は、つい最近、銅研究の分野に入り、正常および病理学的銅代謝に関する研究、および特定の治療の影響を評価する研究が出現し始めています。また、視野を広げた全身PETスキャナーの導入により、検査の感度がさらに向上します。

この方法論論文は、臨床医と科学者が、核医学部門間で同等の方法で銅代謝を評価するための堅牢で使いやすい方法として、既存のツールのレパートリーに⁶⁴Cu PET CT / MRIを追加できるようにすることを目的としています。⁶⁴Cu銅の製造はさまざまな方法を使用して実行でき、通常は特別な施設で行われます。核反応の中で、⁶⁴Ni(p、n)64 Cu法が広く使用されており、^{この経路では}低エネルギーの陽子で⁶⁴Cuの高い生産収率が得られるためです^7,8。製造方法の詳細な説明はこの作業の範囲外であり、入手可能性は国や地域によって異なります。

この記事では、まず必要な放射化学とトレーサーの調製について説明します。次に、PET / CTまたはPET / MRIスキャナーを準備するための原則が示されます。

プロトコル

この ⁶⁴Cu PET/CTまたはPET/MRIプロトコルを使用したいくつかの臨床試験は、デンマークのリージョンミッドトの地域倫理委員会によって承認されています[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)、および1-10-72-15-22(EudraCT 2021-005464-21)]。登録時に参加者から書面によるインフォームドコンセントが得られました。すべての参加者の選択基準は18歳>であり、女性は安全な避妊の使用でした。ウィルソン病患者の除外基準は、非代償性肝硬変、末期肝疾患のモデル(MELD)スコア>11、または修正Nazerスコア>6でした。すべての参加者の除外基準は、トレーサーフォーミュラ中の ⁶⁴Cuまたは他の成分に対する既知の過敏症、妊娠、母乳育児、または試験終了前に妊娠したいという願望でした。

1. ⁶⁴CuCl₂の調製

1. 固体 ⁶⁴CuCl₂ を塩酸(0.1 M)に溶解し、酢酸ナトリウム緩衝液(0.5 M)を加えてpHを~5に上げます。生理食塩水で処方し、溶液を0.22 μmのフィルターに通してフィルター滅菌します( 材料表を参照)。
   注:酢酸ナトリウムバッファー(0.5 M)は、酢酸ナトリウム三水和物と0.22 μm滅菌フィルターを通過した滅菌水から生成されます。
2. 製造された⁶⁴CuCl₂溶液の品質管理のために、pH測定、細菌エンドトキシン試験、放射化学的純度測定、および放射性核^{種の同定を行います7,8}。
3. 製品を室温で鉛容器に保管し、すべての品質管理仕様が十分に満たされるまで検疫に保管してください。
   注:本研究では、放射性核純度≥99%および放射化学的純度≥95%で^64CuCl2が製造されました。出発材料として使用される固体^64CuCl2は、市販の供給源から入手した(材料の表を参照されたい)。

2.PETスキャナーの準備

1. 製造元のプロトコルに従って、スキャナーの品質チェック(QC)⁹ を実行します( 材料表を参照)。
   注:QCは、患者スキャンの前に毎日朝に実行する必要があります。

3.静脈内(IV)注射および経口(PO)投与ごとのトレーサーの描画

1. プラスチック手袋を着用し、鉛容器から蓋を外します。
2. 長いピンセットを使用して、鉛容器内のトレーサー入りガラス瓶のゴム膜を消毒綿棒で消毒します。
3. ピンセットを使用して短いカニューレ(~0.5 mm x 16 mm)をメンブレンに挿入し、ボトル内の真空からのこぼれを防ぎます。
4. ピンセットを使用して、より長いカニューレを挿入します。このカニューレは、ボトルの底に達するのに十分な長さ(通常は50 mm)である必要があります。
5. 線量校正器( 材料表を参照)が ⁶⁴Cu用に校正されていることを確認します。 最初の描画で描画するおおよその体積を計算します。
   注意: 化学物質品質管理レポートから、液体の活性量と体積が利用可能になり、描画するおおよその体積を計算できます。
6. プラスチック手袋を着用し、適切なサイズのプラスチックシリンジを長いカニューレに挿入し、計算された体積を描きます。この量は、製品中の64 Cuの濃度と、プロトコルに対して決定される⁶⁴Cuの量によって異なります(代表的な結果の線量計算を参照)。
7. ピンセットを使用してカニューレを保持しながら、シリンジを線量校正器に移動して放射能を測定します。
8. 適切な放射能量に達するまで描画を続けます。トレーサーの約5%が注射後、注射器とカニューレに残ります。
   注:トレーサーが沈殿する可能性があるため、 ⁶⁴Cuを塩水で希釈しないでください。したがって、注射後にシリンジを生理食塩水ですすぐことはできません(これはPO投与には関係ありません)。
9. ピンセットで、キャップ付きのカニューレ(~16 mmカニューレ)を塗布してシリンジを閉じ、塗布するまで鉛容器に保管します。

4.トレーサーの適用

1. IV注射
   1. 静脈内カニューレ(~22 G、25 mm)をできれば肘静脈に挿入し、生理食塩水ですすいで正しい配置を確保します。
      注:参加者の名前、トレーサー品質管理リリース用のスタンプまたは署名、および描画、注入、および残りのトレーサーの時点と放射能が記載されたワークシートが利用可能である必要があります。
   2. 利用可能な線量校正器を使用してシリンジ内の放射能を測定し、ワークシートに時間と活動を記録します。
   3. シリンジを鉛容器に入れて参加者のベッドサイドに運びます。
   4. 注射からこぼれた場合は、こぼれた放射能を測定できるように、参加者の肘の下にナプキンを置きます。
   5. ピンセットでシリンジからキャップ/カニューレを取り外し、プラスチック手袋でシリンジをIVアクセスに接続します。ワークシートの時間をメモし、1回の安定した動きで注入します。
      注意: 前述のように、トレーサーが沈殿する可能性があるため、シリンジを生理食塩水ですすがないでください。
   6. IVアクセスからシリンジを取り外し、キャップ/カニューレを装着し、必要に応じてナプキンと一緒に鉛容器に入れます。
   7. IVアクセスを生理食塩水ですすいでください。
   8. ワークシートのシリンジ内の時間と残りの放射能をメモします。
      注意: 注入された活性は、注入前後のシリンジ活性の差として計算されますが、PETスキャンプロトコルを使用して減衰を補正します。したがって、参加者がスキャンされるときに、3つの時点すべて(ドロー、インジェクション、および残りの測定値)と、ドローおよび残りの測定値で測定された放射能がPETスキャンプロトコルに入力されます(ステップ5を参照)。
   9. 残った材料は、施設の安全規制に従って適切に廃棄してください。
   10. IV アクセスを削除します。アレルギー反応が現れた場合は、IVアクセスを30分間放置してください。
2. 経口投与
   注:参加者の名前、トレーサー品質管理リリースのスタンプまたは署名、および描画、投与、および残りのトレーサーの時点と放射能が記載されたワークシートが利用可能である必要があります。
   1. 使い捨てで柔らかいプラスチック製のカップに、約100mLの水またはコーディアルを注ぎます。 ⁶⁴Cuは無味です。使い捨てのプラスチックストローと小さな使い捨てのビニール袋を用意する必要があります。
   2. 利用可能な線量校正器を使用してシリンジ内の放射能を測定し、ワークシートに時間と活動を記録します。
   3. シリンジを鉛容器に入れて参加者のベッドサイドに運びます。参加者はベッドまたは椅子に座っている必要があります。
   4. ピンセットでシリンジからキャップ/カニューレを取り外し、プラスチック手袋を着用して、こぼさないように注意しながらトレーサーをカップに注入します。水/コーディアルを少し吸い上げて、もう一度カップに注入します。
   5. カップにプラスチック製のストローを入れます(これは、参加者が飲むときにこぼれるリスクを最小限に抑えるためです)。
   6. ワークシートに時間をメモし、参加者に飲ませます。カップはできるだけ空にする必要があります。
   7. 空のカップとストローを空のシリンジと一緒に使い捨てのビニール袋に入れ、鉛容器に入れます。
   8. 時間をメモし、シリンジ内の残りの放射能を測定します。ワークシート内のメモ。
      注意: 注入された活性は、注入前後のシリンジ活性の差として計算されますが、PETスキャンプロトコルを使用して減衰を補正します。
したがって、参加者がスキャンされるときに、3つの時点(ドロー、インジェクション、および残りの測定)すべてと、ドローおよび残りの測定で測定された放射能がPETスキャンプロトコルに入力されます(スキャンを参照)。
3. 残った材料は、施設の安全規制に従って適切に廃棄してください。
   注:摂取後30分間、急性アレルギー反応について参加者を観察することが適切な場合があります。

5.ペットスキャン

1. 参加者をスキャナーの仰臥位に置きます。
2. 概観CTまたはMRスキャンを実行して、PETスキャン中に検査する特定の領域を計画します。
3. ドロー、インジェクション、レフトオーバー測定の時間、およびPETプロトコルのドローとレフトオーバー測定時の放射能に注意してください。
4. 以下の手順に従ってPETスキャンを実行します。
   注:PETスキャンプロトコルは、同じ研究のすべての参加者のスキャン時間と画像再構成パラメーターに関して標準化されている必要があります。公開されたレポートは^10、11、12に従う必要があります。
   1. トレーサー投与後最大24時間、トレーサー投与後最大68時間、スキャン時間4.5分/ベッド位置で静的PETスキャンを実行します(詳細については、代表的な結果の下のスキャンを参照してください)。
      注意: ダイナミックPETスキャン中、減衰は連続的に記録され、その後フレーム構造に分割されます。これにより、 ⁶⁴Cu分布のダイナミクスを強調するために短い時間間隔からフレームを選択し、感度を優先するためにより長い時間間隔からフレームを選択することができます。典型的には、注射直後に短い間隔が選択され、その後徐々に増加した¹⁰。

6.画像の再構築

1. 減衰、散乱、飛行時間、および点拡散機能に利用可能な最良の補正を使用して画像を再構築します。
   注意: 信号回復や信号対雑音比などの画像プロパティを最適化するには、画像再構成パラメータを慎重に選択する必要があります。多施設共同研究では、施設間で画質を標準化することが重要です。

7.データ分析

注:本研究では、肝臓中の ^64Cu含有量を定量化する簡単な方法について説明しています。PETシグナルは、標準取り込み値(SUV)、参加者の体重注入活性および/または組織1mLあたりのキロベクレル(kBq)に合わせて調整された組織放射能濃度として測定されます。

1. データを適切なプログラム(Dicomファイルなど)にPMODにダウンロードします。
   注:PET画像を分析するには、エルメスやPMODなど、さまざまなプログラムが存在する可能性があります( 材料表を参照)。
2. CT / MRスキャントーンを調整して、解剖学的構造を区別します。
3. 解剖学的スキャンとPETスキャンが重複していることを確認してください。
4. 最高のMRIまたはCTスキャンで水平面で作業することで、肝臓と大きな構造を局在化します。
5. 適切な関心量(VOI)または複数のVOIを肝臓に配置します。
   注:VOIは、SUVが測定される組織の定義された領域です。VOIは、1つの平面内の組織領域である複数の関心領域(ROI)で構成されます。多くのプログラムには、事前設定として球面VOIがあり、VOIを構成するために複数のROI(各平面に1つ)を描画する必要はありません。右肝葉はより均質である傾向があるため、VOIを配置するのに適した位置です。
6. SUVは右肝葉で多少(~5%)変化する可能性があるため、最も正確な活動の測定値を達成するために、異なる水平面の右肝葉に複数のVOIを配置します。これらの VOI の平均 SUV を計算します。
7. たとえば、肝臓全体でSUVを定量化するには、線量測定研究のために各平面の肝臓全体の体積をカバーするROIを描画します。
   注意: この方法を使用するときは、動脈や静脈などの大きな構造を避けてください。

結果

線量計算
線量推定計算に基づくと、IV投与の有効放射能線量は62 ± 5 μSv/MBqトレー^サー10です。したがって、時間枠に応じて50MBqの線量が推奨されます。最大75〜80 MBqは、より長い検査に適用でき、倫理的に承認された用量を超えることなく高品質の画像を提供します。経口投与の有効用量は、トレーサーの腸管蓄積により、トレーサー±1 μSv/MBqトレーサーで113 です。したがって、より低い用量を考慮する必要があり、注射後最大24時間の場合、高品質の画像を得るには30MBqで十分です。肥沃な女性参加者は、トレーサーを適用する前に常に陰性の妊娠検査を求められるべきです。

スキャン
⁶⁴Cuの生体分布と動態を数時間または数日間追跡するために実行される非常に長い検査の場合、PET検査は複数の個別の静的PETスキャンとして実行されます。これにより、患者はPET検査の合間に休むことができます。各PET検査の期間は、最高の画質を達成す...

ディスカッション

この方法は他のPET法と同様ですが、12.7時間の長い半減期は、長期的な銅フラックスを調査する機会を提供します(IVトレーサー注入後最大68時間から良好な結果が得られます)。プロトコルのすべてのステップは、他のPET検査よりも重要ではありませんが、PETに精通している担当者が処理する必要があります。

トラブルシューティング
長期の調査には ⁶⁴Cuを使用することが多いため、PET信号は通常よりもノイズが多くなります。これは、特に胆嚢などの小さな臓器でPET信号を定量化するときに覚えておくことが重要です。胆嚢内の信号は、肝臓や結腸からの波及と区別するのが難しいでしょう。この場合、臓器の中央にある小さなVOIが最も信頼性があります。

私たちの経験から、肝臓の ⁶⁴Cuの量は、IV注射にもかかわらず個人間で異なる傾向があります(経口投与されたトレーサーでは、腸からのトレーサー取り込みのかなり大きな変動が予想されます)。これにより、個人間の比較が制限さ...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
0.22マイクロメートル滅菌フィルター	メルクライフサイエンス
ニューレ 21 G 50 mm	BD マイクロランス	301155
カニューレ 25 G 16 mm	BD マイクロランス	300600
用量キャリブレータ	Capintec CRC-PC キャリブレータ
PET/CTスキャナ	シーメンス: バイオグラフ
PET/MR スキャナ	GESigna
PMOD version 4.0	PMOD Technologies LLC
生理食塩水 0.9% NaCl	Fresenius Kabi
酢酸ナトリウム三水和物 BioUltra	Sigma Aldrich	71188
固体 64CuCl2	>デンマーク工科大学 Risø
滅菌水フレ	ゼニウスカビ
ベンフロン22 G 25 mm	BDベンフロンプロセーフティ	393280