Summary
Het huidige protocol beschrijft hoe 64Cu PET / CT- en PET / MRI-beeldvorming bij mensen kan worden uitgevoerd om kopergerelateerde aandoeningen, zoals de ziekte van Wilson, en het behandelingseffect op het kopermetabolisme te bestuderen.
Abstract
Koper is een essentieel sporenelement, dat functioneert in katalyse en signalering in biologische systemen. Radioactief gelabeld koper wordt al tientallen jaren gebruikt bij het bestuderen van het basale kopermetabolisme van mens en dier en kopergerelateerde aandoeningen, zoals de ziekte van Wilson (WD) en de ziekte van Menke. Een recente toevoeging aan deze toolkit is 64-koperen (64 Cu) positronemissietomografie (PET), waarbij de nauwkeurige anatomische beeldvorming van moderne computertomografie (CT) of magnetische resonantie beeldvorming (MRI) scanners wordt gecombineerd met de biodistributie van het 64Cu PET tracersignaal. Dit maakt het mogelijk om koperfluxen en kinetiek in vivo te volgen, waardoor het verkeer en metabolisme van koperen organen van mens en dier direct wordt gevisualiseerd. Bijgevolg is 64Cu PET zeer geschikt voor het evalueren van klinische en preklinische behandelingseffecten en heeft het al aangetoond dat WD nauwkeurig kan worden gediagnosticeerd. Bovendien zijn 64Cu PET / CT-studies waardevol gebleken op andere wetenschappelijke gebieden zoals kanker- en beroerteonderzoek. Dit artikel laat zien hoe 64Cu PET/CT of PET/MR bij mensen uit te voeren. Procedures voor 64Cu-behandeling, patiëntvoorbereiding en scanneropstelling worden hier gedemonstreerd.
Introduction
Koper is een vitale katalytische cofactor die meerdere belangrijke biochemische processen aandrijft die essentieel zijn voor het leven, en defecten in koperhomeostase zijn direct verantwoordelijk voor menselijke ziekten. Mutaties in de ATP7A - of ATP7B-genen, die coderen voor kopertransporterende ATPases , veroorzaken respectievelijk de ziekten van Menke en Wilson. De ziekte van Menke (ATP7A) is een zeldzame dodelijke aandoening van intestinale koperhyperaccumulatie met ernstige koperdeficiëntie in perifere weefsels en tekorten aan koperafhankelijke enzymen1. De ziekte van Wilson (WD) (ATP7B) is een zeldzame ziekte die wordt gekenmerkt door het onvermogen om overtollig koper aan gal uit te scheiden, wat resulteert in koperoverbelasting en daaropvolgende orgaanschade, die het ernstigst de lever en hersenen aantast2.
Studies over kopermetabolisme hebben tientallen jaren radioactief gelabeld koper (meestal 64-koper [64Cu] of 67-koper) gebruikt, en deze studies zijn van onschatbare waarde gebleken voor ons begrip van het kopermetabolisme van zoogdieren, inclusief absorptieplaats en uitscheidingsroutes 3,4,5,6. Voorheen werden gammatellers gebruikt om het radioactieve signaal met een beperkte anatomische resolutie te detecteren, maar onlangs is 64Cu positronemissietomografie (PET) in combinatie met computertomografie (CT) of magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) geïntroduceerd in zowel menselijke als dierlijke studies. Tegenwoordig hebben PET-scanners zo'n hoge gevoeligheid dat het mogelijk is om 64Cu tot 70 uur na injectie te volgen. De lange halfwaardetijd van 12,7 uur voor 64Cu maakt de langetermijnbeoordeling van koperfluxen mogelijk. Deze verbetering van de resolutie is onlangs het gebied van koperstudies binnengetreden en studies over normaal en pathologisch kopermetabolisme, evenals studies die de impact van specifieke behandelingen evalueren, beginnen te verschijnen. Bovendien zal de introductie van PET-scanners voor het hele lichaam met een uitgebreid gezichtsveld de gevoeligheid van deze onderzoeken verder verbeteren.
Dit methodologische artikel is bedoeld om clinici en wetenschappers in staat te stellen 64Cu PET CT / MRI toe te voegen aan het bestaande repertoire van hulpmiddelen als een robuuste en eenvoudig te gebruiken methode voor het beoordelen van kopermetabolisme op een manier die vergelijkbaar is tussen nucleaire geneeskundeafdelingen. De productie van 64Cu koper kan worden uitgevoerd met behulp van verschillende methoden en wordt meestal uitgevoerd in speciale faciliteiten. Onder de kernreacties wordt de 64Ni (p, n) 64 Cu-methode veel gebruikt, omdat een hoge productieopbrengst van 64Cu kan worden verkregen met laagenergetische protonen in deze route 7,8. Een gedetailleerde beschrijving van de productiemethoden valt buiten het bestek van dit werk en de beschikbaarheid zal per land en regio verschillen.
In dit artikel beschrijven we eerst de bereiding van de nodige radiochemie en de tracer. Vervolgens worden de principes voor het voorbereiden van de PET/CT- of PET/MRI-scanners gedemonstreerd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Enkele klinische onderzoeken met dit 64Cu PET/CT- of PET/MRI-protocol zijn goedgekeurd door de regionale ethische commissie van regio Midt, Denemarken [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) en 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Schriftelijke geïnformeerde toestemming werd verkregen van de deelnemers bij inschrijving. De inclusiecriteria voor alle deelnemers waren >18 jaar en voor vrouwen het gebruik van veilige anticonceptie. De exclusiecriteria voor patiënten met de ziekte van Wilson waren gedecompenseerde cirrose, een Model for End-stage Liver Disease (MELD) score >11, of een gemodificeerde Nazer-score >6. De exclusiecriteria voor alle deelnemers waren een bekende overgevoeligheid voor 64Cu of andere ingrediënten in de tracerformule, zwangerschap, borstvoeding of een wens om zwanger te worden voor het einde van het onderzoek.
1. Bereiding van 64CuCl2
- Los vaste stof 64CuCl2 op in zoutzuur (0,1 M) en voeg natriumacetaatbuffer (0,5 M) toe om de pH te verhogen tot ~5. Formuleer met zoutoplossing en filter steriliseer de oplossing door deze door een filter van 0,22 μm te laten gaan (zie materiaaltabel).
OPMERKING: Natriumacetaatbuffer (0,5 M) wordt geproduceerd uit natriumacetaattrihydraat en steriel water dat door een sterilisatiefilter van 0,22 μm wordt geleid. - Voor kwaliteitscontrole van de geproduceerde 64CuCl2-oplossing voert u pH-metingen, bacteriële endotoxinetests, radiochemische zuiverheidsbepaling en radionuclidische identificatie 7,8 uit.
- Bewaar het product in een loden container bij kamertemperatuur en bewaar het in quarantaine totdat aan alle specificaties voor kwaliteitscontrole naar tevredenheid is voldaan.
OPMERKING: Voor deze studie werd 64CuCl2 geproduceerd met een radionuclidische zuiverheid ≥99% en een radiochemische zuiverheid ≥95%. Solid 64CuCl2, gebruikt als grondstof, werd verkregen uit een commerciële bron (zie materiaaltabel).
2. Voorbereiding van PET-scanner
- Voer een kwaliteitscontrole (QC)9 uit op de scanner, volgens het protocol van de fabrikant (zie Materiaaltabel).
OPMERKING: QC's moeten dagelijks 's ochtends worden uitgevoerd voordat de patiënt scant.
3. Tekening van de tracer voor intraveneuze (IV) injectie en per orale (PO) toediening
- Draag plastic handschoenen en verwijder het deksel van de loden container.
- Gebruik een lang pincet om het rubberen membraan van de tracerbevattende glazen fles in de loodcontainer te desinfecteren met een desinfectiedoekje.
- Gebruik een pincet om een korte canule (~ 0,5 mm x 16 mm) in het membraan te steken om overloop van het vacuüm in de fles te voorkomen.
- Gebruik een pincet om een langere canule in te brengen om uit te putten. Deze canule moet lang genoeg zijn om de bodem van de fles te bereiken (meestal 50 mm).
- Zorg ervoor dat de dosiskalibrator (zie materiaaltabel) is gekalibreerd voor 64Cu. Bereken een geschat volume om te tekenen voor de eerste trekking.
OPMERKING: Uit de chemische kwaliteitscontrolerapporten zullen de activiteitshoeveelheid en het volume van de vloeistof beschikbaar zijn, waardoor een geschat volume kan worden berekend. - Draag plastic handschoenen, steek een plastic spuit van de juiste grootte in de lange canule en trek het berekende volume. Dit volume is afhankelijk van de concentratie van 64 Cu in het product en hoeveel 64Cu wordt bepaald voor het protocol (zie Dosisberekeningen onder de representatieve resultaten).
- Gebruik een pincet om de canule vast te houden terwijl u de spuit naar de dosiskalibrator beweegt om de radioactiviteit te meten.
- Blijf tekenen totdat de juiste hoeveelheid radioactiviteit is bereikt. Ongeveer 5% van de tracer blijft na injectie in de spuit en canule achter.
OPMERKING: De 64Cu mag niet worden verdund in zout water, omdat de tracer kan neerslaan. De spuit kan dus niet worden gespoeld met zout water na de injectie (dit is niet relevant voor po-toediening). - Breng met het pincet een canule aan met een dop (~ 16 mm canule) om de spuit te sluiten en bewaar deze in een loden container totdat deze wordt aangebracht.
4. Toepassing van de tracer
- IV-injectie
- Plaats een intraveneuze canule (~ 22 G, 25 mm), bij voorkeur in een cubitale ader, en spoel met zout water om de juiste plaatsing te garanderen.
OPMERKING: Een werkblad met de naam van de deelnemer, een stempel of handtekening voor het vrijgeven van de tracerkwaliteitscontrole en tijdstippen en radioactiviteit voor tekening, injectie en overgebleven tracer moet beschikbaar zijn. - Meet de radioactiviteit in de spuit met behulp van de beschikbare dosiskalibrator en noteer de tijd en activiteit op het werkblad.
- Vervoer de spuit in een loden container naar het bed van de deelnemer.
- Als er een spill-over optreedt van de injectie, plaats dan een servet onder de elleboog van de deelnemer, zodat de gemorste radioactiviteit kan worden gemeten.
- Verwijder met een pincet de dop/canule uit de spuit en sluit de spuit met plastic handschoenen aan op de infuustoegang. Noteer de tijd op het werkblad en injecteer in één gestage beweging.
OPMERKING: Zoals eerder vermeld, mag de spuit niet worden gespoeld met een zoutoplossing, omdat de verklikstof kan neerslaan. - Verwijder de spuit uit de infuustoegang, doe de dop/canule op en plaats deze indien nodig in de loden container met het servet.
- Spoel de infuustoegang af met zout water.
- Noteer de tijd en resterende radioactiviteit in de spuit op het werkblad.
OPMERKING: De geïnjecteerde activiteit wordt berekend als het verschil tussen de spuitactiviteit voor en na injectie, maar met behulp van het PET-scanprotocol om te corrigeren voor bederf. Zo worden alle drie de tijdstippen (draw, injectie en restmetingen) en de gemeten radioactiviteit bij de draw en leftover metingen ingevoerd in het PET-scanprotocol wanneer de deelnemer wordt gescand (zie stap 5). - Gooi het overgebleven materiaal op de juiste manier weg, volgens de veiligheidsvoorschriften van de instelling.
- Verwijder de IV-toegang. In het geval dat er allergische reacties optreden, laat u de IV-toegang gedurende 30 minuten inwerken.
- Plaats een intraveneuze canule (~ 22 G, 25 mm), bij voorkeur in een cubitale ader, en spoel met zout water om de juiste plaatsing te garanderen.
- Orale toediening
OPMERKING: Een werkblad met de naam van de deelnemer, een stempel of handtekening voor het vrijgeven van de kwaliteitscontrole van de tracer en tijdstippen en radioactiviteit voor tekening, toediening en overgebleven tracer moet beschikbaar zijn.- Giet in een wegwerp en zachte plastic beker ongeveer 100 ml water of hartelijk; de 64Cu is smakeloos. Een plastic wegwerprietje en een kleine plastic wegwerpzak moeten beschikbaar zijn.
- Meet de radioactiviteit in de spuit met behulp van de beschikbare dosiskalibrator en noteer de tijd en activiteit op het werkblad.
- Vervoer de spuit in een loden container naar het bed van de deelnemer. De deelnemer moet in een bed of stoel zitten.
- Verwijder de dop/canule met een pincet uit de spuit en injecteer de tracer met plastic handschoenen in de beker, waarbij u voorzichtig moet zijn dat u er geen morst. Trek een beetje van het water/cordial op en injecteer het opnieuw in de beker.
- Plaats een plastic rietje in de beker (dit is om het risico op spill-over te minimaliseren wanneer de deelnemer drinkt).
- Noteer de tijd op het werkblad en laat de deelnemer drinken. De beker moet zo leeg mogelijk zijn.
- Doe de lege beker en het rietje in de plastic wegwerpzak met de lege spuit en plaats ze in de loden container.
- Noteer de tijd en meet de overgebleven radioactiviteit in de spuit. Opmerking in het werkblad.
OPMERKING: De geïnjecteerde activiteit wordt berekend als het verschil tussen de spuitactiviteit voor en na injectie, maar met behulp van het PET-scanprotocol om te corrigeren voor bederf.
Zo worden alle drie de tijdstippen (draw, injection en leftover measurements) en de gemeten radioactiviteit bij de draw en leftover meting ingevoerd in het PET-scanprotocol wanneer de deelnemer wordt gescand (zie Scan).
- Gooi het overgebleven materiaal op de juiste manier weg, volgens de veiligheidsvoorschriften van de instelling.
OPMERKING: Het observeren van de deelnemer voor acute allergische reacties gedurende 30 minuten na de inname kan geschikt zijn.
5. PET-scans
- Plaats de deelnemer in rugligging in de scanner.
- Voer een overzicht CT- of MR-scan uit om de specifieke regio te plannen die tijdens de PET-scan moet worden onderzocht.
- Noteer het tijdstip van de trekking, injectie en restmeting, en de radioactiviteit bij de trekkings- en restmeting in het PET-protocol.
- Voer PET-scans uit volgens de onderstaande stappen.
OPMERKING: Het PET-scanprotocol moet worden gestandaardiseerd met betrekking tot scanduur en beeldreconstructieparameters voor alle deelnemers aan hetzelfde onderzoek; Gepubliceerde rapporten moeten worden gevolgd10,11,12.- Voer statische PET-scans uit met een scantijd van 4,5 min/bedpositie tot 24 uur na toediening van de tracer en 10 min/bedpositie tot 68 uur na toediening van de tracer (voor verdere uitwerking, zie Scan onder de representatieve resultaten).
OPMERKING: Tijdens dynamische PET-scanning wordt verval continu geregistreerd en vervolgens gesegmenteerd in een framestructuur. Dit maakt het mogelijk om frames te selecteren uit korte tijdsintervallen om de dynamiek van 64Cu-verdeling te benadrukken, en frames uit langere tijdsintervallen om prioriteit te geven aan gevoeligheid. Meestal worden kortere intervallen direct na injectie geselecteerd en daarna geleidelijk verhoogd10.
- Voer statische PET-scans uit met een scantijd van 4,5 min/bedpositie tot 24 uur na toediening van de tracer en 10 min/bedpositie tot 68 uur na toediening van de tracer (voor verdere uitwerking, zie Scan onder de representatieve resultaten).
6. Beeldreconstructie
- Reconstrueer de beelden met behulp van de best beschikbare correcties voor verzwakking, verstrooiing, time-of-flight en point-spread functie.
OPMERKING: De parameters voor beeldreconstructie moeten zorgvuldig worden geselecteerd om de beeldeigenschappen te optimaliseren, zoals signaalherstel en signaal-naar-ruis. Voor multicenterstudies is het van cruciaal belang om de beeldkwaliteit tussen centra te standaardiseren.
7. Data-analyse
OPMERKING: De huidige studie beschrijft een eenvoudige methode om het 64Cu-gehalte in de lever te kwantificeren. Het PET-signaal wordt gemeten als standaard opnamewaarde (SUV), de weefselradioactiviteitsconcentratie aangepast voor het gewicht van de deelnemer geïnjecteerde activiteit en/of kilobecquerel (kBq) per ml weefsel.
- Download gegevens naar een geschikt programma, bijvoorbeeld Dicom-bestanden, naar PMOD.
OPMERKING: Er zijn waarschijnlijk veel verschillende programma's om PET-afbeeldingen te analyseren, zoals Hermes of PMOD (zie Materiaaltabel). - Pas de CT/MR-scantonen aan om de anatomische structuren te onderscheiden.
- Zorg ervoor dat de anatomische scan en PET-scan elkaar overlappen.
- Werken in het horizontale vlak met de beste MRI- of CT-scan, lokaliseer de lever en de grote structuren.
- Plaats een geschikt volume van interesse (VOI) of meerdere VOI's in de lever.
OPMERKING: Een VOI is een gedefinieerd gebied van weefsel waar de SUV wordt gemeten. Een VOI bestaat uit meerdere interessegebieden (ROIs), die weefselgebieden in één vlak zijn. Veel programma's hebben bolvormige VOI's als voorinstelling, wat betekent dat meerdere ROI's (één in elk vlak) niet hoeven te worden getekend om een VOI te vormen. De rechter leverkwab heeft de neiging homogener te zijn en dus een goede positie om VOI's te plaatsen. - Plaats meerdere VOI's in de rechter leverkwab in verschillende horizontale vlakken om de meest nauwkeurige meting van activiteit te bereiken, omdat de SUV enigszins kan variëren (~ 5%) in de rechter leverkwab. Bereken de gemiddelde SUV van deze VOI's.
- Om de SUV te kwantificeren, bijvoorbeeld in de hele lever, tekent u ROIs die het hele levervolume in elk vlak bestrijken voor dosimetriestudies.
OPMERKING: Vermijd grote structuren zoals slagaders en aderen bij het gebruik van deze methode.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dosisberekening
Op basis van dosimetrieberekeningen is de effectieve radioactiviteitsdosis voor IV-toediening 62 ± 5 μSv/MBq tracer10. Daarom wordt een dosis van 50 MBq aanbevolen, afhankelijk van het tijdsbestek. Tot 75-80 MBq is toepasbaar voor langere onderzoeken en levert beelden van goede kwaliteit zonder een ethisch goedgekeurde dosis te overschrijden. De effectieve dosis voor orale toediening is 113 ± 1 μSv/MBq tracer, als gevolg van intestinale accumulatie van de tracer. Er moet dus rekening worden gehouden met een lagere dosis en tot 24 uur na de injectie is 30 MBq voldoende om beelden van hoge kwaliteit te produceren. Vruchtbare vrouwelijke deelnemers moeten altijd worden gevraagd om een negatieve zwangerschapstest voordat de tracer wordt toegepast.
Scannen
Voor zeer lange onderzoeken, uitgevoerd om de 64Cu biodistributie en kinetiek gedurende uren of dagen te volgen, wordt het PET-onderzoek uitgevoerd als meerdere afzonderlijke statische PET-scans. Hierdoor kan de patiënt rusten tussen de PET-onderzoeken. De duur van elk PET-onderzoek wordt aangepast om de beste beeldkwaliteit te bereiken (d.w.z. de scantijd wordt verlengd naarmate de geïnjecteerde tracer vervalt). Een voorbeeld van scantijden die beelden van goede kwaliteit opleveren, is een positie van 4,5 min/bed gedurende maximaal 20 uur na toediening van de tracer en een positie van 10 min/bed gedurende maximaal 68 uur na toediening van de tracer. Langere scantijden kunnen een nog betere beeldkwaliteit opleveren, maar te lange scans zijn onhaalbaar en ongemakkelijk voor de patiënt. De lengte van de scans wordt dus beperkt door praktische zaken.
Data-analyse
SUV is een uitstekende maatstaf om individuen te vergelijken (vanwege de gewichtsaanpassing) en om dezelfde personen voor en na een interventie te vergelijken. Een standaarddeviatie van de SUV in de VOI is beschikbaar via het data-analyseprogramma (bijv. PMOD). Deze standaarddeviatie neemt met de tijd na injectie toe omdat het geluid toeneemt.
Figuur 1 toont 64Cu in het lichaam 6 h en 20 h na IV-injectie van ~70 MBq tracers bij een gezonde proefpersoon en een proefpersoon met WD10. De beelden zijn kwalitatief gemakkelijk te interpreteren omdat de 64Cu snel zichtbaar is in de galblaas (moeilijk te zien in de figuur), dunne darm en later in de dikke darm, terwijl het zich ophoopt in de lever bij de patiënt. De darm is ook zichtbaar op de scan van de patiënt, maar dit is niet van 64Cu in het darmlumen, maar eerder van darmbloedvaten. De darm wordt gezien door de 64 Cu die homogener verdeeld is over het hele darmsegment, terwijl bij gezonde proefpersonen de 64Cu zichtbaar is in segmenten met hogere signalen. Het 64Cu-gehalte in de lever werd verder gekwantificeerd door vijf bolvormige VOI's met een diameter van 10 mm in verschillende vlakken in de rechter leverkwab te plaatsen, wat voor elke deelnemer een gemiddelde SUV in het orgaan opleverde en vervolgens de gemiddelde SUV van de groep berekende voor vergelijking tussen groepen.
Figuur 1: PET-scan toont 64Cu-verdeling bij gezonde en WD-proefpersonen na intraveneuze toediening. Deze figuur toont 64Cu in het lichaam 6 uur en 20 uur na IV-injectie van ~ 70 MBq tracers. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2 toont de resultaten van 64Cu-scans met de oraal toegediende tracer bij twee personen. Beide zijn WD-patiënten, maar het onderste individu staat onder zinkbehandeling, wat aantoont dat zinkbehandeling de koperopname in de darmen en dus naar de lever vermindert; Dit is een bekend effect van zinkbehandeling13. Hoewel oraal toegediende tracer de fysiologische manier is om koper in te nemen, kan het moeilijk te gebruiken zijn voor diagnostiek, omdat slechts 50% van de 64Cu vanuit de darmen wordt opgenomen in de systemische circulatie (het grootste deel van de tracer gaat naar de lever). Om echter de effecten van farmacologische geneesmiddelen op de opname van koper aan te tonen, wat van groot belang kan zijn voor WD, is de methode waardevol gebleken11. Dit is te zien in figuur 3, waarin dezelfde persoon is gescand met oraal 64Cu voor en na 4 weken behandeling met zink11. De studiehypothese was om het effect van zink op het blokkeren van de intestinale koperopname te kwantificeren door het kopergehalte in de lever te schatten. De studie werd uitgevoerd met verschillende zinkzouten en doseringsschema's en toont de kwaliteiten van de methode bij het testen van behandelingseffecten. Het vermogen van de methode om andere behandelingseffecten bij dieren en mensen te kwantificeren, wordt getest.
Figuur 2: PET-scan toont 64Cu-verdeling bij twee WD-patiënten na orale toediening. De patiënt in het bovenste paneel is zonder zinkbehandeling en de patiënt in het onderste paneel is op zinkbehandeling. Let op het signaalverschil in de lever. Grafiek met lever-SUV. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: De effecten van farmacologische geneesmiddelen op de opname van koper. PET/CT-scan met oraal toegediende 64Cu vóór (A) en na (B) 4 weken zinkbehandeling. De deelnemer is een gezond individu (let op de 64Cu in de galblaas, die niet zou worden gezien bij een WD-patiënt). Zinkbehandeling verminderde 64Cu-gehalte in de lever tot ongeveer 50% van het gehalte vóór de behandeling in de groep (10 deelnemers). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De methode is net als elke andere PET-methode, maar de lange halfwaardetijd van 12,7 uur biedt de mogelijkheid om koperfluxen op lange termijn te onderzoeken (we hebben goede resultaten tot 68 uur na IV-tracerinjectie). Alle stappen in het protocol moeten worden uitgevoerd door personeel dat bekend is met PET, hoewel ze niet kritischer zijn dan enig ander PET-onderzoek.
Probleemoplossing
Omdat we vaak 64Cu gebruiken voor langdurig onderzoek, zal het PET-signaal luidruchtiger zijn dan normaal. Dit is belangrijk om te onthouden bij het kwantificeren van PET-signalen, vooral in kleinere organen zoals de galblaas. Het signaal in de galblaas zal moeilijk te onderscheiden zijn van spill-over van de lever en dikke darm. In dit geval zijn kleinere VOI's centraal in het orgel het meest betrouwbaar.
De hoeveelheid van 64Cu in de lever, uit onze ervaring, heeft de neiging om te variëren tussen individuen ondanks IV-injectie (een vrij grote variantie in traceropname uit de darm moet worden verwacht met een oraal toegediende tracer). Dit beperkt de vergelijkingen tussen individuen en vraagt om het gebruik van ratio's in plaats van definitieve getallen. Als toediening per orale tracer de voorkeur heeft, wordt aanbevolen om proefpersonen minimaal 24 uur vóór de inname van de tracer op een gestandaardiseerd dieet te houden om intra-individuele verschillen te beperken, omdat verschillende voedingsmiddelen kunnen interfereren met koper en dus met 64Cu-opname11.
Beperkingen
Wanneer de 64 Cu PET-methode wordt gebruikt, wordt aangenomen dat het "hete" koper (64Cu) werkt als het "koude" koper in het lichaam. Dit is echter niet zeker en we kunnen dus niet bepalen of het "hete" koper in het lichaam anders wordt behandeld. Op basis van de huidige resultaten geloven we echter dat "warm" koper werkt als "koud" koper. Een toename van de bloedradioactiviteit na 20 uur wordt waargenomen bij gezonde personen, wat aangeeft dat de 64Cu is ingebouwd in ceruloplasmine. Deze toename wordt niet gezien bij WD-patiënten, die vanwege hun aandoening geen koper in het koperdragende eiwit kunnen bouwen. Dit en het gebrek aan traceruitscheiding bij patiënten wijzen erop dat 64Cu als "koud" koper fungeert.
Hoewel 68 uur een lange tijd is om een radioactieve tracer te volgen, moet het nog steeds worden beschouwd als een tijdelijk beeld van wat er met koper in het lichaam gebeurt. Een voorbeeld is dat hoewel vastgelopen 64Cu-uitscheiding wordt gezien bij personen die heterozygotisch zijn voor het WD-gen, en dus meer 64Cu in de lever na 20 uur, ze geen leverziekte hebben omdat ze op de lange termijn geen koper accumuleren.
Tot nu toe is het niet bekend of er een verband is tussen koperaccumulatie op korte termijn (tot 68 uur) en koperaccumulatie op lange termijn in de lever en andere organen. De methode kan dus niet worden gebruikt om de ernst van de ziekte of de langetermijneffecten van farmacologische middelen te bepalen. De methode is echter zeer nuttig bij het bepalen van de kortetermijneffecten van de behandeling. Het kan worden gebruikt om te testen of de behandeling de gal- of urine-uitscheiding verhoogt tot 68 uur na koperinname, of als een behandeling de intestinale koperopname vermindert.
Betekenis
Experimenten met 64Cu in WD is geen nieuwe techniek. In feite gaat IV-toediening van de tracer en bloedmetingen van radioactiviteit terug tot de jaren1950 14. Tegenwoordig bieden PET-scanners met hoge resolutie en combinatie met CT of MR een unieke kans om de verdeling van 64Cu in het hele lichaam te onderzoeken. Met dynamische PET kunnen de kinetische eigenschappen van de tracer verder worden opgehelderd. Tot nu toe was het uitvoeren van kinetische analyses van de biodistributie van koper door het hele lichaam niet haalbaar vanwege het beperkte gezichtsveld van PET-scanners. Momenteel is dynamische opname beperkt tot de lever en de bovenbuik, maar de komst van scanners voor het hele lichaam zal het gelijktijdig onderzoeken van grotere gebieden mogelijk maken. Dit zal het onderzoek van de initiële periode na de injectie van 64Cu in meerdere organen vergemakkelijken, maar gezien het feit dat late tijdstippen na injectie relevanter zijn voor kopergerelateerde aandoeningen, wordt verwacht dat scanners voor het hele lichaam belangrijker zullen zijn vanwege hun verhoogde gevoeligheid. Dit maakt beeldvorming van hoge kwaliteit mogelijk, zelfs bij lage radioactiviteitsniveaus, waardoor de mogelijkheden van de huidige scanners worden overtroffen.
Toekomstige toepassingen
Bij mensen heeft de techniek potentieel getoond bij het diagnosticeren van WD10 en het kwantificeren van het effect van verschillende behandelingen op de opname van koper11. Bij dieren heeft de methode bewezen het effect van gentherapie van WD te kunnen aantonen door de leverretentie van 64Cu te kwantificeren, evenals fecale uitscheiding en veranderingen in de bloedkinetiek15. In de toekomst zal naar verwachting 64Cu PET/CT of PET/MR worden gezien in een klinische setting voor zowel diagnose als behandelingsevaluatie in WD. De methode maakt waarschijnlijk ook deel uit van veel klinische onderzoeken met nieuwe therapieën voor WD, met name gentherapie, waarbij fecale uitscheiding van de IV-geïnjecteerde tracer een surrogaatmarker van effect15 zou kunnen zijn. Er zijn momenteel geen goede gegevens beschikbaar voor de opname van 64Cu in de hersenen, maar dit zou zeer relevant zijn voor klinische studies in WD.
De techniek is nog niet onderzocht bij de ziekte van Menke, maar zou mogelijk koperopname uit de darm en koperopname in de hersenen kunnen aantonen als een behandelingseffect. De techniek kan ook potentieel hebben bij neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, waarbij het kopermetabolisme kan worden veranderd16.
Het is vermeldenswaard dat 64 Cu op grote schaal beschikbaar wordt in de VS met het toenemende gebruik van 64Cu-Dotatate in neuro-endocriene tumor (NET) diagnostiek. Bovendien toont 67Cu potentieel in kankertheranostica; Zo kan deze tracer ook meer beschikbaar komen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben geen belangenconflicten.
Acknowledgments
Ondersteund door een subsidie van The Memorial Foundation of Manufacturer Vilhelm Pedersen & Wife. De stichting speelde geen rol in de planning of een andere fase van het onderzoek.
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).
