Summary
Denne protokollen beskriver hvordan man utfører 64Cu PET / CT og PET / MR-avbildning hos mennesker for å studere kobberrelaterte lidelser, som Wilson sykdom, og behandlingseffekten på kobbermetabolisme.
Abstract
Kobber er et viktig sporelement som fungerer i katalyse og signalering i biologiske systemer. Radiomerket kobber har blitt brukt i flere tiår for å studere grunnleggende kobbermetabolisme hos mennesker og dyr og kobberrelaterte lidelser, som Wilson sykdom (WD) og Menkes sykdom. Et nylig tillegg til dette verktøysettet er 64-kobber (64 Cu) positronemisjonstomografi (PET), som kombinerer nøyaktig anatomisk avbildning av moderne computertomografi (CT) eller magnetisk resonansavbildning (MRI) skannere med biodistribusjonen av 64Cu PET tracer-signalet. Dette muliggjør in vivo-sporing av kobberflukser og kinetikk, og visualiserer dermed direkte trafikk og metabolisme av kobberorganer fra mennesker og dyr. Følgelig er 64Cu PET godt egnet til å evaluere kliniske og prekliniske behandlingseffekter og har allerede vist evnen til å diagnostisere WD nøyaktig. Videre har 64Cu PET / CT-studier vist seg verdifulle på andre vitenskapelige områder som kreft og hjerneslagforskning. Denne artikkelen viser hvordan man utfører 64Cu PET / CT eller PET / MR hos mennesker. Prosedyrer for 64Cu-håndtering, pasientforberedelse og skanneroppsett er demonstrert her.
Introduction
Kobber er en viktig katalytisk kofaktor som driver flere viktige biokjemiske prosesser som er avgjørende for livet, og defekter i kobberhomeostase er direkte ansvarlige for menneskelige sykdommer. Mutasjoner i ATP7A - eller ATP7B-gener , som koder for kobbertransporterende ATPaser, forårsaker henholdsvis Menkes og Wilson sykdommer. Menkes sykdom (ATP7A) er en sjelden dødelig lidelse av intestinal kobber hyperakkumulering med alvorlig kobbermangel i perifert vev og underskudd i kobberavhengige enzymer1. Wilson sykdom (WD) (ATP7B) er en sjelden sykdom preget av manglende evne til å skille ut overflødig kobber til galle, noe som resulterer i kobber overbelastning og påfølgende organskader, mest alvorlig påvirker leveren og hjernen2.
Studier av kobbermetabolisme har benyttet radiomerket kobber (vanligvis 64-kobber [64Cu] eller 67-kobber) i flere tiår, og disse studiene har vist seg uvurderlige for vår forståelse av pattedyrs kobbermetabolisme, inkludert absorpsjonssted og utskillelsesveier 3,4,5,6. Tidligere ble gammatellere brukt til å oppdage det radioaktive signalet med en begrenset anatomisk oppløsning, men nylig har 64Cu positronemisjonstomografi (PET) kombinert med computertomografi (CT) eller magnetisk resonansavbildning (MR) blitt introdusert i både humane og dyreforsøk. I dag har PET-skannere så høy følsomhet at det er mulig å spore 64Cu i opptil 70 timer etter injeksjon. Den lange halveringstiden på 12,7 timer for 64Cu muliggjør langsiktig vurdering av kobberflukser. Denne forbedringen i oppløsning har nylig kommet inn i kobberstudier, og studier på normal og patologisk kobbermetabolisme, samt studier som evaluerer effekten av spesifikke behandlinger, begynner å dukke opp. I tillegg vil innføringen av helkropps PET-skannere med et utvidet synsfelt ytterligere øke følsomheten til disse undersøkelsene.
Denne metodologiske artikkelen tar sikte på å gjøre det mulig for klinikere og forskere å legge til 64Cu PET CT / MR til det eksisterende repertoaret av verktøy som en robust og brukervennlig metode for å vurdere kobbermetabolisme på en måte som er sammenlignbar mellom nukleærmedisinske avdelinger. Produksjonen av 64Cu kobber kan utføres ved hjelp av forskjellige metoder og utføres vanligvis på spesielle anlegg. Blant atomreaksjonene er 64 Ni (p, n) 64 Cu-metoden mye brukt, siden et høyt produksjonsutbytte på 64Cu kan oppnås med lavenergiprotoner i denne ruten 7,8. En detaljert beskrivelse av produksjonsmetodene er utenfor omfanget av dette arbeidet, og tilgjengeligheten vil variere etter land og region.
I denne artikkelen beskriver vi først utarbeidelsen av nødvendig radiokjemi og sporstoffer. Deretter demonstreres prinsippene for utarbeidelse av PET/CT- eller PET/MR-skannerne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Noen få kliniske studier med denne 64Cu PET/CT- eller PET/MR-protokollen er godkjent av regional etisk komité 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) og 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Det ble innhentet skriftlig informert samtykke fra deltakerne ved påmelding. Inklusjonskriteriene for alle deltakerne var alder >18 år, og for kvinner bruk av sikker prevensjon. Eksklusjonskriteriene for pasienter med Wilsons sykdom var dekompensert cirrhose, en Model for End-stage Liver Disease (MELD)-skår >11 eller en modifisert Nazer-skår >6. Eksklusjonskriteriene for alle deltakerne var en kjent overfølsomhet overfor 64Cu eller andre ingredienser i tracerformelen, graviditet, amming eller et ønske om å bli gravid før slutten av forsøket.
1. Tilberedning av 64CuCl2
- Løs opp fast stoff 64CuCl2 i saltsyre (0,1 M) og tilsett natriumacetattbuffer (0,5 M) for å øke pH til ~5. Formuler med saltvann og filtrer steriliser løsningen ved å føre den gjennom et 0,22 μm filter (se materialfortegnelse).
MERK: Natriumacetatbuffer (0,5 M) produseres fra natriumacetattrihydrat og sterilt vann som føres gjennom et 0,22 μm steriliseringsfilter. - For kvalitetskontroll av den produserte 64CuCl2-løsningen, utfør pH-måling, bakteriell endotoksintesting, radiokjemisk renhetsbestemmelse og radionuklidisk identifikasjon 7,8.
- Oppbevar produktet i en blybeholder ved romtemperatur og hold det i karantene til alle spesifikasjoner for kvalitetskontroll er tilfredsstillende.
MERK: For denne studien ble 64CuCl2 produsert med en radionuklidisk renhet ≥99% og en radiokjemisk renhet ≥95%. Solid 64CuCl2, brukt som utgangsmateriale, ble hentet fra en kommersiell kilde (se Materialfortegnelse).
2. Klargjøring av PET-skanner
- Utfør en kvalitetskontroll (QC)9 på skanneren i henhold til produsentens protokoll (se Materialfortegnelse).
MERK: QC må utføres daglig om morgenen før pasientskanning.
3. Tegning av tracer for intravenøs (IV) injeksjon og per oral (PO) administrering
- Bruk plasthansker og fjern lokket fra blybeholderen.
- Bruk lang pinsett til å desinfisere gummimembranen til den sporstoffholdige glassflasken inne i blybeholderen med en desinfeksjonspinne.
- Bruk pinsetten til å sette inn en kort kanyle (~0,5 mm x 16 mm) i membranen for å unngå søl fra vakuumet inne i flasken.
- Bruk pinsett til å sette inn en lengre kanyle å tegne fra. Denne kanylen skal være lang nok til å nå bunnen av flasken (vanligvis 50 mm).
- Forsikre deg om at dosekalibratoren (se materialfortegnelse) er kalibrert for 64Cu. Beregn et omtrentlig volum som skal tegnes for den første trekningen.
MERK: Fra de kjemiske kvalitetskontrollrapportene vil aktivitetsmengden og volumet av væsken være tilgjengelig, noe som gjør det mulig å beregne et omtrentlig volum. - Bruk plasthansker, sett inn en plastsprøyte av passende størrelse i den lange kanylen, og trekk det beregnede volumet. Dette volumet vil avhenge av konsentrasjonen på 64 Cu i produktet og hvor mye 64Cu som er bestemt for protokollen (se Doseberegninger under de representative resultatene).
- Bruk pinsetten til å holde kanylen mens du flytter sprøyten til dosekalibratoren for å måle radioaktiviteten.
- Fortsett å trekke til riktig radioaktivitetsmengde er nådd. Ca. 5 % av sporingsstoffet vil forbli i sprøyten og kanylen etter injeksjon.
MERK: 64Cu skal ikke fortynnes i saltvann, da sporstoffet kan utfelle. Sprøyten kan derfor ikke skylles med saltvann etter injeksjonen (dette er ikke relevant for PO-administrasjon). - Påfør en kanyle med en hette (~16 mm kanyle) med pinsetten for å lukke sprøyten og oppbevar den i en blybeholder til påføring.
4. Påføring av sporstoffet
- IV injeksjon
- Sett inn en intravenøs kanyle (~22 G, 25 mm), helst i en cubital vene, og skyll med saltvann for å sikre riktig plassering.
MERK: Et regneark med deltakerens navn, et stempel eller signatur for sporing kvalitetskontroll utgivelse, og tidspunkter og radioaktivitet for tegning, injeksjon, og leftover tracer bør være tilgjengelig. - Mål opp radioaktiviteten i sprøyten ved hjelp av tilgjengelig dosekalibrator og noter tid og aktivitet på regnearket.
- Transporter sprøyten i en blybeholder til deltakerens seng.
- Hvis det oppstår søl fra injeksjonen, legg et serviett under deltakerens albue slik at den sølte radioaktiviteten kan måles.
- Fjern hetten/kanylen fra sprøyten med pinsett, og koble sprøyten med plasthansker til i.v. tilgang. Legg merke til tiden på regnearket og injiser i en jevn bevegelse.
MERK: Som nevnt tidligere, skal sprøyten ikke skylles med saltvann, da sporstoffet kan utfelle. - Fjern sprøyten fra i.v. tilgang, sett på hetten/kanylen og legg den i blybeholderen med servietten om nødvendig.
- Skyll IV-tilgangen gjennom med saltvann.
- Legg merke til tid og gjenværende radioaktivitet i sprøyten på regnearket.
MERK: Den injiserte aktiviteten beregnes som forskjellen mellom sprøyteaktiviteten før og etter injeksjon, men ved bruk av PET-skanningsprotokollen for å korrigere for forfall. Dermed legges alle tre tidspunktene (trekk-, injeksjons- og restmålinger) og den målte radioaktiviteten ved trekk- og restmålingene inn i PET-skanningsprotokollen når deltakeren skannes (se trinn 5). - Kast restmaterialet på riktig måte, i henhold til institusjonelle sikkerhetsforskrifter.
- Fjern IV-tilgangen. I tilfelle det oppstår allergiske reaksjoner, la IV-tilgangen være i 30 minutter.
- Sett inn en intravenøs kanyle (~22 G, 25 mm), helst i en cubital vene, og skyll med saltvann for å sikre riktig plassering.
- Oral administrering
MERK: Et regneark med deltakerens navn, et stempel eller signatur for sporing kvalitetskontroll utgivelse, og tidspunkter og radioaktivitet for tegning, administrasjon, og leftover tracer bør være tilgjengelig.- I en engangs og myk plastkopp, hell rundt 100 ml vann eller hjertelig; 64Cu er smakløst. Et engangs plastsugerør og en liten engangs plastpose bør være tilgjengelig.
- Mål opp radioaktiviteten i sprøyten ved hjelp av tilgjengelig dosekalibrator og noter tid og aktivitet på regnearket.
- Transporter sprøyten i en blybeholder til deltakerens seng. Deltakeren skal sitte i en seng eller stol.
- Fjern hetten/kanylen fra sprøyten med pinsett, og injiser sporstoffet i koppen med plasthansker, og pass på at du ikke søler noe. Trekk opp litt av vannet/saften og injiser det i koppen igjen.
- Legg et plastsugerør i koppen (dette er for å minimere risikoen for spill-over når deltakeren drikker).
- Legg merke til tiden på regnearket og la deltakeren drikke. Koppen skal være så tom som mulig.
- Legg den tomme koppen og sugerøret i engangsplastposen sammen med den tomme sprøyten og legg dem i blybeholderen.
- Merk tidspunktet og mål opp den gjenværende radioaktiviteten i sprøyten. Notat i regnearket.
MERK: Den injiserte aktiviteten beregnes som forskjellen mellom sprøyteaktiviteten før og etter injeksjon, men ved bruk av PET-skanningsprotokollen for å korrigere for forfall.
Dermed legges alle tre tidspunktene (trekk-, injeksjons- og restmålinger) og den målte radioaktiviteten ved uttaket og restmålingen inn i PET-skanningsprotokollen når deltakeren skannes (se Scan).
- Kast restmaterialet på riktig måte, i henhold til institusjonelle sikkerhetsforskrifter.
MERK: Det kan være hensiktsmessig å observere deltakeren for akutte allergiske reaksjoner i 30 minutter etter inntaket.
5. PET-skanninger
- Plasser deltakeren i en liggende posisjon i skanneren.
- Utfør oversikt CT- eller MR-skanning for å planlegge det spesifikke området som skal undersøkes under PET-skanningen.
- Legg merke til tidspunktet for trekning, injeksjon og restmåling, og radioaktiviteten ved uttaket og restmålingen i PET-protokollen.
- Utfør PET-skanning ved å følge trinnene nedenfor.
MERK: PET-skanningsprotokollen må standardiseres med hensyn til skannevarighet og bilderekonstruksjonsparametere for alle deltakere i samme studie; Publiserte rapporter skal følges10,11,12.- Utfør statisk PET-skanning med en skannetid på 4,5 min/sengestilling i opptil 24 timer etter sporbehandling, og 10 min/sengestilling i opptil 68 timer etter sporadministrasjon (for ytterligere utdyping, se Skann under representative resultater).
MERK: Under dynamisk PET-skanning registreres forfall kontinuerlig og segmenteres deretter i en rammestruktur. Dette gjør det mulig å velge bilder fra korte tidsintervaller for å understreke dynamikken i 64Cu-fordelingen, og bilder fra lengre tidsintervaller for å prioritere følsomhet. Vanligvis velges kortere intervaller rett etter injeksjon og økes derettergradvis 10.
- Utfør statisk PET-skanning med en skannetid på 4,5 min/sengestilling i opptil 24 timer etter sporbehandling, og 10 min/sengestilling i opptil 68 timer etter sporadministrasjon (for ytterligere utdyping, se Skann under representative resultater).
6. Rekonstruksjon av bilder
- Rekonstruer bildene ved hjelp av de beste tilgjengelige korrigeringene for demping, punkt, flytid og punktspredning.
MERK: Bilderekonstruksjonsparametrene må velges nøye for å optimalisere bildeegenskapene, for eksempel signalgjenoppretting og signal-til-støy. For multisenterstudier er det avgjørende å standardisere bildekvaliteten mellom sentre.
7. Dataanalyse
MERK: Denne studien beskriver en enkel metode for å kvantifisere 64Cu-innhold i leveren. PET-signalet måles som standard opptaksverdi (SUV), vevsradioaktivitetskonsentrasjonen justert for deltakervekt, injisert aktivitet og/eller kilobecquerel (kBq) per ml vev.
- Last ned data til et passende program, for eksempel Dicom-filer, til PMOD.
MERK: Det er sannsynligvis mange forskjellige programmer for å analysere PET-bilder, for eksempel Hermes eller PMOD (se Materialfortegnelse). - Juster CT / MR-skanningstonene for å skille de anatomiske strukturene.
- Kontroller at den anatomiske skanningen og PET-skanningen overlapper.
- Arbeid i horisontalplanet med den beste MR- eller CT-skanningen, lokaliser leveren og de store strukturene.
- Plasser et passende volum av interesse (VOI) eller flere VOIer i leveren.
MERK: En VOI er et definert område av vevet der SUV-en måles. En VOI består av flere regioner av interesse (ROI), som er vevsområder i ett plan. Mange programmer har sfæriske VOIer som en forhåndsinnstilling, noe som betyr at flere avkastninger (en i hvert plan) ikke trenger å trekkes for å utgjøre en VOI. Den høyre leverlappen har en tendens til å være mer homogen, og dermed en god posisjon til å plassere VOI. - Plasser flere VOIer i høyre leverlapp i forskjellige horisontale plan for å oppnå det mest presise aktivitetsmålet, da SUV-en kan variere noe (~5%) i høyre leverlapp. Beregn gjennomsnittlig SUV for disse VOI-ene.
- For å kvantifisere SUV, for eksempel i hele leveren, trekke avkastning som dekker hele levervolumet i hvert plan for dosimetristudier.
MERK: Unngå store strukturer som arterier og vener når du bruker denne metoden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Beregning av dose
Basert på dosimetriberegninger er effektiv radioaktivitetsdose ved i.v. administrering 62 ± 5 μSv/MBq tracer10. Derfor anbefales en dose på 50 MBq, avhengig av tidsrammen. Opptil 75-80 MBq er aktuelt for lengre undersøkelser og gir bilder av god kvalitet uten å overskride en etisk godkjent dose. Den effektive dosen for oral administrering er 113 ± 1 μSv/MBq tracer, på grunn av intestinal akkumulering av traceren. Derfor må en lavere dose vurderes, og i opptil 24 timer etter injeksjon er 30 MBq tilstrekkelig til å gi bilder av høy kvalitet. Fertile kvinnelige deltakere bør alltid bli bedt om en negativ graviditetstest før sporingsapplikasjon.
Skanne
For svært lange undersøkelser, utført for å følge 64Cu biodistribusjon og kinetikk i timer eller dager, utføres PET-undersøkelsen som flere separate statiske PET-skanninger. Dette gjør at pasienten kan hvile mellom PET-undersøkelsene. Varigheten av hver PET-undersøkelse justeres for å oppnå best mulig bildekvalitet (dvs. skannetiden forlenges når det injiserte sporstoffet henfaller). Et eksempel på skannetider som gir bilder av god kvalitet er 4,5 min/sengestilling i opptil 20 timer etter sporbehandling og 10 min/sengestilling i opptil 68 timer etter sporbehandling. Lengre skannetider kan gi enda bedre bildekvalitet, men for lange skanninger er umulige og ubehagelige for pasienten. Dermed er lengden på skanningene begrenset av praktiske forhold.
Analyse av data
SUV er et utmerket mål for å sammenligne individer (på grunn av vektjusteringen) og for å sammenligne de samme individene før og etter et inngrep. Et standardavvik for SUV-en i VOI er tilgjengelig fra dataanalyseprogrammet (f.eks. PMOD). Dette standardavviket øker med tiden etter injeksjon fordi støyen øker.
Figur 1 viser 64Cu i kroppen 6 timer og 20 timer etter intravenøs injeksjon av ~70 MBq tracere hos et friskt forsøksperson og en forsøksperson med WD10. Bildene er kvalitativt enkle å tolke da 64Cu er raskt synlig i galleblæren (vanskelig å se på figuren), tynntarmen og senere i tykktarmen, mens den akkumuleres i leveren hos pasienten. Tarmen er også synlig på pasientens skanning, men dette er ikke fra 64Cu i tarmlumen, men heller fra tarmblodkar. Tarmen ses ved at 64 Cu er mer homogent fordelt langs hele tarmsegmentet, mens hos friske personer er 64Cu synlig i segmenter med høyere signaler. 64Cu-innholdet i leveren ble ytterligere kvantifisert ved å plassere fem sfæriske VOIer med en diameter på 10 mm i forskjellige plan i høyre leverlapp, noe som ga en gjennomsnittlig SUV i organet for hver deltaker, og deretter beregne gruppens gjennomsnittlige SUV for sammenligning mellom grupper.
Figur 1: PET-undersøkelse som viser 64Cu-fordeling hos friske og WD-personer etter i.v. administrering. Denne figuren viser 64Cu i kroppen 6 timer og 20 timer etter IV injeksjon av ~ 70 MBq sporstoffer. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2 viser resultatene av 64Cu-skanninger med oralt administrert sporstoff hos to personer. Begge er WD-pasienter, men bunnindividet er under sinkbehandling, noe som viser at sinkbehandling reduserer kobberopptaket i tarmen og dermed til leveren; Dette er en velkjent effekt av sinkbehandling13. Mens oralt administrert tracer er den fysiologiske måten å innta kobber på, kan det være vanskelig å bruke til diagnostikk, da bare 50% av de 64Cu tas opp fra tarmene til systemisk sirkulasjon (det meste av sporstoffet går til leveren). For å demonstrere effekten av farmakologiske legemidler på kobberopptak, som kan være av stor interesse for WD, har metoden imidlertid vist seg å være verdifull11. Dette fremgår av figur 3, der samme person er skannet med peroral 64Cu før og etter 4 ukers behandling med sink11. Studiehypotesen var å kvantifisere sinkens effekt på blokkering av intestinal kobberopptak ved å estimere kobberinnholdet i leveren. Studien er utført med ulike sinksalter og doseregimer og viser metodens kvaliteter til å teste behandlingseffekt. Metodens evne til å kvantifisere andre behandlingseffekter hos dyr og mennesker er under utprøving.
Figur 2: PET-skanning som viser 64Cu-fordeling hos to WD-pasienter etter oral administrering. Pasienten i øvre panel er uten sinkbehandling, og pasienten i nedre panel er på sinkbehandling. Legg merke til signalforskjellen i leveren. Graf som viser lever-SUV. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Farmakologiske legemidlers effekt på kobberopptak. PET/CT-skanning med oralt administrert 64Cu før (A) og etter (B) 4 ukers sinkbehandling. Deltakeren er et sunt individ (legg merke til 64Cu i galleblæren, som ikke ville bli sett hos en WD-pasient). Sinkbehandling reduserte 64Cu-innholdet i leveren til rundt 50% av forbehandlingsinnholdet i gruppen (10 deltakere). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoden er som alle andre PET-metoder, men den lange halveringstiden på 12,7 timer gir mulighet til å undersøke langsiktige kobberflukser (vi har gode resultater fra opptil 68 timer etter IV tracerinjeksjon). Alle trinn i protokollen må håndteres av personell som er kjent med PET, selv om de ikke er mer kritiske enn noen annen PET-undersøkelse.
Feilsøking
Fordi vi ofte bruker 64Cu for langsiktige undersøkelser, vil PET-signalet være støyere enn vanlig. Dette er viktig å huske når man kvantifiserer PET-signaler, spesielt i mindre organer som galleblæren. Signalet i galleblæren vil være vanskelig å skille fra spill-over fra leveren og tykktarmen. I dette tilfellet er mindre VOIer sentralt i orgelet de mest pålitelige.
Mengden 64Cu i leveren, fra vår erfaring, har en tendens til å variere mellom individer til tross for IV-injeksjon (en ganske stor variasjon i sporopptak fra tarmen må forventes med et oralt administrert sporstoff). Dette begrenser sammenligningene mellom individer og krever bruk av forholdstall i stedet for bestemte tall. Hvis peroral sporadministrasjon foretrekkes, anbefales det å holde forsøkspersoner på en standardisert diett i minst 24 timer før sporstoffinntaket for å begrense intraindividuelle forskjeller, da forskjellige matvarer kan forstyrre kobber og dermed med 64Cu-opptak11.
Begrensninger
Når 64 Cu PET-metoden brukes, antas det at det "varme" kobberet (64Cu) virker som det "kalde" kobberet i kroppen. Dette er imidlertid ikke sikkert, og vi kan derfor ikke avgjøre om det "varme" kobberet behandles annerledes i kroppen. Fra de nåværende resultatene tror vi imidlertid at "varmt" kobber virker som "kaldt" kobber. En økning i blodradioaktivitet etter 20 timer observeres hos friske individer, noe som indikerer at 64Cu er innebygd i ceruloplasmin. Denne økningen er ikke sett hos WD-pasienter, som ikke kan bygge kobber inn i kobberbærende protein på grunn av deres lidelse. Dette og mangelen på sporstoffutskillelse hos pasienter peker mot 64Cu som virker som "kaldt" kobber.
Selv om 68 timer er lang tid å følge et radioaktivt sporstoff, bør det fortsatt betraktes som et midlertidig bilde av hva som skjer med kobber i kroppen. Et eksempel er at selv om stoppet 64 Cu utskillelse er sett hos individer som er heterozygote for WD-genet, og dermed mer 64Cu i leveren etter 20 timer, har de ikke leversykdom fordi de på lang sikt ikke akkumulerer kobber.
Så langt er det ikke kjent om det er en sammenheng mellom kortvarig kobberakkumulering (opptil 68 timer) og langvarig kobberakkumulering i lever og andre organer. Metoden kan derfor ikke brukes til å bestemme sykdommens alvorlighetsgrad eller langtidseffekter av farmakologiske midler. Metoden er imidlertid svært nyttig for å bestemme de kortsiktige effektene av behandlingen. Det kan brukes til å teste om behandlingen øker utskillelsen av galle eller urin opptil 68 timer etter kobberinntak, eller hvis en behandling reduserer intestinal kobberopptak.
Betydning
Eksperimenter med 64Cu i WD er ikke en ny teknikk. Faktisk går IV-administrering av sporstoffet og blodmålinger av radioaktivitet tilbake til 1950-tallet14. I dag gir høyoppløselige PET-skannere og kombinasjon med CT eller MR en unik mulighet til å undersøke 64Cu distribusjon i hele kroppen. Med dynamisk PET kan de kinetiske egenskapene til sporstoffet ytterligere belyses. Så langt, på grunn av det begrensede synsfeltet til PET-skannere, har det ikke vært mulig å gjennomføre kinetiske analyser av kobbers biodistribusjon i hele kroppen. Foreløpig har dynamisk opptak vært begrenset til leveren og øvre del av magen, men fremkomsten av helkroppsskannere vil muliggjøre samtidig undersøkelse av større områder. Dette vil lette undersøkelsen av den første perioden etter injeksjon av 64Cu i flere organer, men gitt at sene tidspunkter etter injeksjon er mer relevante for kobberrelaterte lidelser, forventes helkroppsskannere å være mer signifikante på grunn av deres økte følsomhet. Dette muliggjør bildebehandling av høy kvalitet selv ved lave radioaktivitetsnivåer, og overgår strømskannernes evner.
Fremtidige applikasjoner
Hos mennesker har teknikken vist potensial i å diagnostisere WD10 og kvantifisere effekten av ulike behandlinger på kobberopptak11. Hos dyr har metoden vist seg å kunne vise effekten av genterapi av WD ved å kvantifisere leverretensjonen på 64Cu samt fekal utskillelse og endringer i blodkinetikk15. I fremtiden forventes det at 64Cu PET / CT eller PET / MR vil bli sett i en klinisk setting for både diagnose og behandlingsevaluering i WD. Metoden er også høyst sannsynlig en del av mange kliniske studier som involverer nye terapier for WD, spesielt genterapi, der fekal utskillelse av IV-injisert sporstoff kan være en surrogatmarkør for effekt15. Det finnes foreløpig ingen gode data for cerebral 64Cu-opptak, men dette vil være høyst relevant for kliniske studier på WD.
Teknikken er ikke utforsket ved Menkes sykdom ennå, men kan potensielt vise kobberopptak fra tarm- og kobberopptak inn i hjernen som behandlingseffekt. Teknikken kan også ha potensial i nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers sykdom, hvor kobbermetabolismen kan endres16.
Det er verdt å merke seg at 64 Cu blir allment tilgjengelig i USA med økende bruk av 64Cu-Dotatate i nevroendokrin tumordiagnostikk (NET). Videre viser 67Cu potensial i kreftbehandling; Dermed kan dette sporstoffet også bli mer tilgjengelig.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Støttet av et stipend fra The Memorial Foundation av produsenten Vilhelm Pedersen & Wife. Stiftelsen spilte ingen rolle i planleggingen eller andre faser 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).
