Summary
Настоящий протокол описывает, как выполнять ПЭТ/КТ и ПЭТ/МРТ 64Cu у людей для изучения заболеваний, связанных с медью, таких как болезнь Вильсона, и влияния лечения на метаболизм меди.
Abstract
Медь является важным микроэлементом, функционирующим в катализе и передаче сигналов в биологических системах. Медь с радиоактивной меткой десятилетиями использовалась для изучения основного метаболизма меди у человека и животных и связанных с медью расстройств, таких как болезнь Вильсона (WD) и болезнь Менке. Недавним дополнением к этому набору инструментов является позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) 64-меди (64Cu), сочетающая точную анатомическую визуализацию современных сканеров компьютерной томографии (КТ) или магнитно-резонансной томографии (МРТ) с биораспределением сигнала индикатора ПЭТ 64Cu. Это позволяет in vivo отслеживать потоки и кинетику меди, тем самым непосредственно визуализируя движение и метаболизм медных органов человека и животных. Следовательно, ПЭТ 64Cu хорошо подходит для оценки клинических и доклинических эффектов лечения и уже продемонстрировал способность точно диагностировать WD. Кроме того, 64исследования Cu PET / CT оказались ценными в других научных областях, таких как исследования рака и инсульта. В настоящей статье показано, как выполнять ПЭТ/КТ или ПЭТ/МРТ 64 Cu у людей. Здесь демонстрируются процедуры обработки 64Cu, подготовки пациента и настройки сканера.
Introduction
Медь является жизненно важным каталитическим кофактором, который управляет множеством важных биохимических процессов, необходимых для жизни, а дефекты гомеостаза меди напрямую ответственны за заболевания человека. Мутации в генах ATP7A или ATP7B , кодирующих медь-транспортирующие АТФазы, вызывают болезни Менке и Вильсона соответственно. Болезнь Менке (ATP7A) представляет собой редкое летальное заболевание гиперкумуляции меди в кишечнике с тяжелым дефицитом меди в периферических тканях и дефицитом медьзависимых ферментов1. Болезнь Вильсона (WD) (ATP7B) - редкое заболевание, характеризующееся неспособностью выводить избыток меди с желчью, что приводит к перегрузке медью и последующему повреждению органов, наиболее серьезно затрагивая печень и мозг2.
В исследованиях метаболизма меди на протяжении десятилетий использовалась меченная радиоактивными лучами медь (обычно 64-медь [64Cu] или 67-медь), и эти исследования оказались неоценимыми для нашего понимания метаболизма меди у млекопитающих, включая сайт абсорбции и пути экскреции 3,4,5,6. Ранее гамма-счетчики использовались для обнаружения радиоактивного сигнала с ограниченным анатомическим разрешением, но в последнее время позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) 64Cu в сочетании с компьютерной томографией (КТ) или магнитно-резонансной томографией (МРТ) была введена как в исследованиях на людях, так и на животных. Сегодня ПЭТ-сканеры обладают настолько высокой чувствительностью, что можно отслеживать 64Cu в течение 70 ч после инъекции. Длительный период полураспада 12,7 ч для 64Cu позволяет проводить долгосрочную оценку флюсов меди. Это улучшение разрешения только недавно вошло в область исследований меди, и начинают появляться исследования нормального и патологического метаболизма меди, а также исследования, оценивающие влияние конкретных методов лечения. Кроме того, внедрение ПЭТ-сканеров всего тела с расширенным полем зрения еще больше повысит чувствительность этих исследований.
Этот методологический документ направлен на то, чтобы дать возможность клиницистам и ученым добавить ПЭТ-КТ/МРТ 64Cu к существующему репертуару инструментов в качестве надежного и простого в использовании метода оценки метаболизма меди способом, сопоставимым между отделениями ядерной медицины. Производство меди 64Cu может осуществляться различными методами и, как правило, выполняется на специальных мощностях. Среди ядерных реакций широко используется метод 64 Ni (p, n) 64 Cu, так как высокий выход продукции 64Cu может быть получен с протонами низких энергий в этом пути 7,8. Подробное описание методов производства выходит за рамки этой работы, и доступность будет отличаться в зависимости от страны и региона.
В этой статье мы сначала опишем приготовление необходимой радиохимии и индикатора. Затем демонстрируются принципы подготовки сканеров ПЭТ/КТ или ПЭТ/МРТ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Несколько клинических испытаний с использованием этого протокола 64 Cu ПЭТ/КТ или ПЭТ/МРТ были одобрены Региональным комитетом по этике региона Мидт, Дания [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) и 1-10-72-15-22 (EudraCT 2021-005464-21)]. Письменное информированное согласие было получено от участников при зачислении. Критериями включения для всех участников были возраст >18 лет, а для женщин - использование безопасной контрацепции. Критериями исключения для пациентов с болезнью Вильсона были декомпенсированный цирроз печени, оценка модели терминальной стадии заболевания печени (MELD) >11) или модифицированная оценка по шкале Назера >6. Критериями исключения для всех участников были известная гиперчувствительность к 64Cu или другим ингредиентам в формуле индикатора, беременность, грудное вскармливание или желание забеременеть до конца исследования.
1. Приготовление 64CuCl2
- Растворите твердое вещество 64CuCl2 в соляной кислоте (0,1 М) и добавьте буфер ацетата натрия (0,5 М), чтобы увеличить рН до ~ 5. Раствор смешивают с физиологическим раствором и фильтруют, пропуская его через фильтр 0,22 мкм (см. Таблицу материалов).
ПРИМЕЧАНИЕ: Буфер ацетата натрия (0,5 М) получают из тригидрата ацетата натрия и стерильной воды, которую пропускают через стерилизующий фильтр 0,22 мкм. - Для контроля качества полученногораствора 64CuCl2 проводят измерение рН, бактериальный эндотоксин, определение радиохимической чистоты и радионуклидную идентификацию 7,8.
- Храните продукт в свинцовом контейнере при комнатной температуре и храните его в карантине до тех пор, пока все требования контроля качества не будут удовлетворительно выполнены.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для настоящего исследования 64CuCl2 был получен с радионуклидной чистотой ≥99% и радиохимической чистотой ≥95%. Твердое вещество 64CuCl2, используемое в качестве исходногоматериала, было получено из коммерческого источника (см. Таблицу материалов).
2. Подготовка ПЭТ-сканера
- Выполните проверку качества (QC)9 на сканере в соответствии с протоколом производителя (см. Таблицу материалов).
ПРИМЕЧАНИЕ: КК необходимо проводить ежедневно утром перед сканированием пациента.
3. Получение индикатора для внутривенной (IV) инъекции и перорального (перорального) введения
- Наденьте пластиковые перчатки и снимите крышку со свинцового контейнера.
- Используйте длинный пинцет для дезинфекции резиновой мембраны стеклянной бутылки, содержащей трассер, внутри свинцового контейнера с помощью дезинфицирующего тампона.
- Используйте пинцет, чтобы вставить короткую канюлю (~ 0,5 мм x 16 мм) в мембрану, чтобы избежать утечки из вакуума внутри бутылки.
- Используйте пинцет, чтобы вставить более длинную канюлю для рисования. Эта канюля должна быть достаточно длинной, чтобы доходить до дна бутылки (обычно 50 мм).
- Убедитесь, что калибратор дозы (см. Таблицу материалов) откалиброван для 64Cu. Рассчитайте приблизительный объем для розыгрыша для первого розыгрыша.
ПРИМЕЧАНИЕ: Из отчетов о химическом контроле качества будет доступно количество активности и объем жидкости, что позволит рассчитать приблизительный объем для забора. - Наденьте пластиковые перчатки, вставьте пластиковый шприц подходящего размера в длинную канюлю и нарисуйте рассчитанный объем. Этот объем будет зависеть от концентрации 64 Cu в продукте и от того, сколько 64Cu определено для протокола (см. Расчеты дозы под репрезентативными результатами).
- Используйте пинцет, чтобы удерживать канюлю, перемещая шприц к измерителю дозы для измерения радиоактивности.
- Продолжайте рисовать до тех пор, пока не будет достигнуто соответствующее количество радиоактивности. Примерно 5% индикатора останется в шприце и канюле после инъекции.
ПРИМЕЧАНИЕ: 64Cu не следует разбавлять в соленой воде, так как индикатор может выпасть в осадок. Таким образом, шприц нельзя промывать солевой водой после инъекции (это не актуально для введения ПО). - С помощью пинцета приложите канюлю с колпачком (канюля ~ 16 мм), чтобы закрыть шприц, и храните его в свинцовом контейнере до нанесения.
4. Применение индикатора
- Внутривенная инъекция
- Вставьте внутривенную канюлю (~ 22 G, 25 мм), желательно в локтевую вену, и промойте солевой водой, чтобы обеспечить правильное размещение.
ПРИМЕЧАНИЕ: Должен быть доступен рабочий лист с именем участника, печатью или подписью для выпуска контроля качества индикатора, а также временными точками и радиоактивностью для рисования, инъекции и остаточного индикатора. - Измерьте радиоактивность в шприце с помощью доступного калибратора дозы и отметьте время и активность на рабочем листе.
- Транспортируйте шприц в свинцовом контейнере к кровати участника.
- Если в результате инъекции произойдет какое-либо перетекание, подложите салфетку под локоть участника, чтобы можно было измерить пролитую радиоактивность.
- С помощью пинцета извлеките колпачок/канюлю из шприца и в пластиковых перчатках подсоедините шприц к внутривенному вливанию. Обратите внимание на время на листе и сделайте одно устойчивое движение.
ПРИМЕЧАНИЕ: Как упоминалось ранее, шприц не следует промывать физиологическим раствором, так как индикатор может выпасть в осадок. - Извлеките шприц из капельницы, наденьте колпачок/канюлю и при необходимости поместите его в свинцовый контейнер с салфеткой.
- Промойте внутривенный доступ физиологическим раствором.
- Обратите внимание на время и оставшуюся радиоактивность в шприце на рабочем листе.
ПРИМЕЧАНИЕ: Инъекционная активность рассчитывается как разница между активностью шприца до и после инъекции, но с использованием протокола ПЭТ-сканирования для коррекции распада. Таким образом, все три моменты времени (измерения забора, инъекции и остатков), а также измеренная радиоактивность при отборе и остаточные измерения вводятся в протокол ПЭТ-сканирования при сканировании участника (см. шаг 5). - Утилизируйте оставшийся материал надлежащим образом в соответствии с правилами безопасности учреждения.
- Удалите доступ к внутривенному вливанию. В случае появления аллергических реакций оставьте внутривенный доступ на 30 минут.
- Вставьте внутривенную канюлю (~ 22 G, 25 мм), желательно в локтевую вену, и промойте солевой водой, чтобы обеспечить правильное размещение.
- Пероральный прием
ПРИМЕЧАНИЕ: Должен быть доступен рабочий лист с именем участника, печатью или подписью для выпуска контроля качества индикатора, а также временными точками и радиоактивностью для рисования, введения и остаточного индикатора.- В одноразовый и мягкий пластиковый стаканчик налейте около 100 мл воды или кордиала; 64Cu безвкусен. Одноразовая пластиковая соломинка и небольшой одноразовый пластиковый пакет должны быть в наличии.
- Измерьте радиоактивность в шприце с помощью доступного калибратора дозы и отметьте время и активность на рабочем листе.
- Транспортируйте шприц в свинцовом контейнере к кровати участника. Участник должен сидеть в кровати или кресле.
- Снимите колпачок / канюлю со шприца пинцетом и, надев пластиковые перчатки, введите трассер в чашку, стараясь не пролить его. Наберите немного воды/кордиала и снова налейте его в чашку.
- Поместите пластиковую соломинку в чашку (это необходимо для того, чтобы свести к минимуму риск переливания, когда участник пьет).
- Запишите время на рабочем листе и дайте участнику выпить. Чашка должна быть максимально пустой.
- Положите пустую чашку и соломинку в одноразовый пластиковый пакет с пустым шприцем и поместите их в свинцовый контейнер.
- Засеките время и измерьте оставшуюся радиоактивность в шприце. Примечание на листе.
ПРИМЕЧАНИЕ: Инъекционная активность рассчитывается как разница между активностью шприца до и после инъекции, но с использованием протокола ПЭТ-сканирования для коррекции распада.
Таким образом, все три моменты времени (втягивание, инъекция и измерения остатков) и измеренная радиоактивность при отборе и измерении остатков вводятся в протокол ПЭТ-сканирования при сканировании участника (см. Сканирование).
- Утилизируйте оставшийся материал надлежащим образом в соответствии с правилами безопасности учреждения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Наблюдение за участником на предмет острых аллергических реакций в течение 30 минут после приема может быть целесообразным.
5. ПЭТ-сканирование
- Поместите участника в лежачее положение в сканере.
- Выполните обзорное КТ- или МРТ-сканирование, чтобы спланировать конкретную область, которая будет исследована во время ПЭТ-сканирования.
- Обратите внимание на время забора, впрыска и измерения остатков, а также радиоактивность при отборе и измерении остатков в протоколе ПЭТ.
- Выполните ПЭТ-сканирование, выполнив следующие действия.
ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол ПЭТ-сканирования должен быть стандартизирован в отношении продолжительности сканирования и параметров реконструкции изображения для всех участников одного и того же исследования; Опубликованные отчеты должны соответствовать10,11,12.- Выполняйте статическое ПЭТ-сканирование со временем сканирования 4,5 мин/положение кровати в течение 24 ч после введения индикатора и 10 мин/положение кровати в течение 68 ч после введения индикатора (для получения дополнительной информации см. Сканирование под репрезентативными результатами).
ПРИМЕЧАНИЕ: Во время динамического ПЭТ-сканирования распад непрерывно регистрируется и впоследствии сегментируется в каркасную структуру. Это позволяет выбирать кадры из коротких временных интервалов, чтобы подчеркнуть динамику распределения 64Cu, и кадры из более длинных временных интервалов, чтобы приоритизировать чувствительность. Как правило, более короткие интервалы выбираются сразу после инъекции и постепенно увеличиваются после10.
- Выполняйте статическое ПЭТ-сканирование со временем сканирования 4,5 мин/положение кровати в течение 24 ч после введения индикатора и 10 мин/положение кровати в течение 68 ч после введения индикатора (для получения дополнительной информации см. Сканирование под репрезентативными результатами).
6. Реконструкция изображения
- Реконструируйте изображения, используя наилучшие доступные поправки для функции затухания, рассеяния, времени пролета и разброса точек.
ПРИМЕЧАНИЕ: Параметры реконструкции изображения должны быть тщательно выбраны для оптимизации свойств изображения, таких как восстановление сигнала и преобразование сигнал в шум. Для многоцентровых исследований крайне важно стандартизировать качество изображения между центрами.
7. Анализ данных
ПРИМЕЧАНИЕ: В настоящем исследовании описывается простой метод количественного определения содержания 64Cu в печени. Сигнал ПЭТ измеряется как стандартное значение поглощения (SUV), концентрация радиоактивности в тканях, скорректированная с учетом веса введенного участника, и/или килобеккереля (кБк) на мл ткани.
- Загрузите данные в подходящую программу, например, Dicom-файлы, в PMOD.
ПРИМЕЧАНИЕ: Вероятно, существует множество различных программ для анализа изображений ПЭТ, таких как Hermes или PMOD (см. Таблицу материалов). - Отрегулируйте тона КТ/МРТ, чтобы дифференцировать анатомические структуры.
- Убедитесь, что анатомическое сканирование и ПЭТ-сканирование перекрываются.
- Работая в горизонтальной плоскости с помощью МРТ или КТ, можно локализовать печень и крупные структуры.
- Поместите в печень соответствующий интересующий объем (VOI) или несколько VOI.
ПРИМЕЧАНИЕ: VOI - это определенная область ткани, на которой измеряется внедорожник. VOI состоит из нескольких областей интереса (ROI), которые представляют собой области ткани в одной плоскости. Многие программы имеют сферические VOI в качестве предварительной настройки, что означает, что для создания VOI не нужно рисовать несколько ROI (по одному в каждой плоскости). Правая доля печени имеет тенденцию быть более однородной и, следовательно, является хорошим положением для размещения VOI. - Поместите несколько VOI в правую долю печени в разных горизонтальных плоскостях для достижения наиболее точной меры активности, так как SUV может несколько различаться (~ 5%) в правой доле печени. Рассчитайте средний внедорожник этих ВОИ.
- Чтобы количественно оценить SUV, например, во всей печени, нарисуйте ROI, охватывающие весь объем печени в каждой плоскости для дозиметрических исследований.
ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании этого метода избегайте больших структур, таких как артерии и вены.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Расчет дозы
На основании дозиметрических расчетов эффективная доза радиоактивности для в/в введения составляет 62 ± 5 мкЗв/МБк индикатор10. Таким образом, рекомендуется доза 50 МБк в зависимости от временных рамок. До 75-80 МБк применим для более длительных исследований и обеспечивает хорошее качество изображений без превышения этически одобренной дозы. Эффективная доза для перорального введения составляет 113 ± 1 мкЗв/МБк индикатор из-за накопления индикатора в кишечнике. Таким образом, необходимо рассмотреть возможность более низкой дозы, и в течение 24 часов после инъекции достаточно 30 МБк для получения высококачественных изображений. Фертильных участниц женского пола всегда следует запрашивать отрицательный тест на беременность перед применением индикатора.
Сканировать
Для очень длительных исследований, выполняемых для отслеживания биораспределения и кинетики 64Cu в течение нескольких часов или дней, ПЭТ-исследование выполняется в виде нескольких отдельных статических ПЭТ-сканирований. Это позволяет пациенту отдохнуть между ПЭТ-исследованиями. Продолжительность каждого ПЭТ-исследования корректируется для достижения наилучшего качества изображения (т. е. время сканирования увеличивается по мере распада введенного индикатора). Примером времени сканирования, обеспечивающего хорошее качество изображений, является 4,5 мин/постельное положение в течение 20 ч после введения индикатора и 10 мин/постельное положение в течение 68 ч после введения индикатора. Более длительное время сканирования может обеспечить еще лучшее качество изображения, но слишком длительное сканирование неосуществимо и неудобно для пациента. Таким образом, продолжительность сканирования ограничена практическими соображениями.
Анализ данных
Внедорожник является отличной мерой для сравнения людей (из-за корректировки веса) и сравнения одних и тех же людей до и после вмешательства. Стандартное отклонение внедорожника в VOI доступно в программе анализа данных (например, PMOD). Это стандартное отклонение увеличивается со временем после впрыска, потому что шум увеличивается.
На рисунке 1 показано 64Cu в организме через 6 ч и 20 ч после внутривенной инъекции индикаторов ~ 70 МБк у здорового субъекта и субъекта с WD10. Изображения качественно легко интерпретировать, так как 64Cu быстро виден в желчном пузыре (трудно увидеть на рисунке), тонкой кишке, а затем в толстой кишке, в то время как он накапливается в печени у пациента. Кишечник также виден при сканировании пациента, однако это не 64Cu в просвете кишечника, а скорее из кишечных кровеносных сосудов. Кишечник виден по тому, что 64 Cu более равномерно распределен по всему сегменту кишечника, тогда как у здоровых людей 64Cu виден в сегментах с более высокими сигналами. Содержание 64Cu в печени было дополнительно количественно определено путем размещения пяти сферических VOI диаметром 10 мм в разных плоскостях в правой доле печени, что дало среднее значение SUV в органе для каждого участника, а затем вычислило среднее значение SUV группы для сравнения между группами.
Рисунок 1: ПЭТ-сканирование, показывающее распределение 64Cu у здоровых людей и пациентов с БД после внутривенного введения. На этом рисунке показано 64Cu в организме через 6 ч и 20 ч после в/в введения ~70 МБк индикаторов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
На рисунке 2 показаны результаты 64сканирования Cu с перорально вводимым индикатором у двух человек. Оба являются пациентами с WD, но нижний человек находится на лечении цинком, демонстрируя, что лечение цинком снижает поглощение меди в кишечнике и, следовательно, в печени; Это хорошо известный эффект лечения цинком13. В то время как перорально вводимый индикатор является физиологическим способом приема меди, его может быть трудно использовать для диагностики, так как только 50% из 64Cu поступает из кишечника в системный кровоток (большая часть индикатора попадает в печень). Тем не менее, чтобы продемонстрировать влияние фармакологических препаратов на поглощение меди, что может представлять большой интерес для WD, метод показал себя ценным11. Это можно увидеть на рисунке 3, на котором один и тот же человек был отсканирован с использованием перорального 64Cu до и после 4 недель лечения цинком11. Гипотеза исследования состояла в том, чтобы количественно оценить влияние цинка на блокирование поглощения меди в кишечнике путем оценки содержания меди в печени. Исследование проводилось с различными солями цинка и режимами дозирования и демонстрирует качества метода при тестировании эффектов лечения. В настоящее время проверяется способность метода количественно оценивать другие эффекты лечения у животных и людей.
Рисунок 2: ПЭТ-сканирование, показывающее распределение 64Cu у двух пациентов с WD после перорального введения. Пациент на верхней панели находится без лечения цинком, а пациент на нижней панели находится на лечении цинком. Обратите внимание на разницу сигналов в печени. График с изображением печени внедорожника. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Влияние фармакологических препаратов на поглощение меди. ПЭТ/КТ с использованием перорально вводимого 64Cu до (A) и после (B) 4 недель лечения цинком. Участник является здоровым человеком (обратите внимание на 64Cu в желчном пузыре, который не был бы замечен у пациента с WD). Лечение цинком снизило содержание 64Cu в печени примерно до 50% от содержания до лечения в группе (10 участников). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Этот метод похож на любой другой метод ПЭТ, но длительный период полураспада 12,7 ч дает возможность исследовать долгосрочные флюсы меди (у нас есть хорошие результаты до 68 ч после внутривенного введения индикатора). Все этапы протокола должны выполняться персоналом, знакомым с ПЭТ, хотя они не более важны, чем любое другое исследование ПЭТ.
Устранение неполадок
Поскольку мы часто используем 64Cu для долгосрочных исследований, сигнал ПЭТ будет более шумным, чем обычно. Это важно помнить при количественной оценке сигналов ПЭТ, особенно в небольших органах, таких как желчный пузырь. Сигнал в желчном пузыре будет трудно отличить от перелива из печени и толстой кишки. В этом случае меньшие VOI по центру в органе являются наиболее надежными.
По нашему опыту, количество 64Cu в печени имеет тенденцию варьироваться у разных людей, несмотря на внутривенную инъекцию (следует ожидать довольно большой разницы в поглощении индикатора из кишечника при пероральном введении индикатора). Это ограничивает сравнения между индивидуумами и требует использования коэффициентов вместо определенных чисел. Если предпочтительно пероральное введение индикатора, рекомендуется держать испытуемых на стандартизированной диете в течение как минимум 24 часов до приема индикатора, чтобы ограничить внутрииндивидуальные различия, поскольку различные пищевые продукты могут влиять на медь и, следовательно, на поглощение 64Cu11.
Ограничения
При использовании метода 64 Cu PET предполагается, что «горячая» медь (64Cu) действует как «холодная» медь в организме. Однако это не точно, и поэтому мы не можем определить, по-разному ли трактуется «горячая» медь в организме. Однако, исходя из текущих результатов, мы считаем, что «горячая» медь действует как «холодная» медь. Повышение радиоактивности крови через 20 ч наблюдается у здоровых лиц, что свидетельствует о том, что 64Cu встроен в церулоплазмин. Это увеличение не наблюдается у пациентов с WD, которые не могут встроить медь в белок, несущий медь, из-за своего расстройства. Это, а также отсутствие экскреции индикаторов у пациентов указывают на то, что 64Cu действует как «холодная» медь.
Хотя 68 ч - это долгое время, чтобы следить за радиоактивным индикатором, его все же следует рассматривать как временное изображение того, что происходит с медью в организме. Примером может служить то, что, несмотря на то, что остановка экскреции 64 Cu наблюдается у людей, которые гетерозиготны по гену WD, и, следовательно, больше 64Cu в печени через 20 часов, у них нет заболеваний печени, потому что в долгосрочной перспективе они не накапливают медь.
До сих пор неизвестно, существует ли корреляция между кратковременным накоплением меди (до 68 ч) и длительным накоплением меди в печени и других органах. Таким образом, метод не может быть использован для определения тяжести заболевания или отдаленных эффектов фармакологических средств. Тем не менее, метод очень полезен для определения краткосрочных эффектов лечения. Он может быть использован для проверки того, увеличивает ли лечение экскрецию желчи или мочи в течение 68 часов после приема меди, или если лечение снижает поглощение меди в кишечнике.
Значение
Эксперименты с 64Cu в WD — не новая методика. Фактически, внутривенное введение индикатора и измерения радиоактивности крови восходит к 1950-м годам14. Сегодня ПЭТ-сканеры высокого разрешения и их комбинация с КТ или МРТ дают уникальную возможность исследовать распределение 64Cu во всем организме. С помощью динамического ПЭТ можно дополнительно выяснить кинетические свойства индикатора. До сих пор из-за ограниченного поля зрения ПЭТ-сканеров проведение кинетического анализа биораспределения меди по всему телу было невозможно. В настоящее время динамическое поглощение ограничено печенью и верхней частью брюшной полости, но появление сканеров всего тела позволит одновременно исследовать большие области. Это облегчит исследование начального периода после инъекции 64Cu в несколько органов, но, учитывая, что поздние моменты времени после инъекции более актуальны для заболеваний, связанных с медью, ожидается, что сканеры всего тела будут более значительными из-за их повышенной чувствительности. Это позволяет получать высококачественные изображения даже при низких уровнях радиоактивности, превосходя возможности современных сканеров.
Будущие области применения
У людей этот метод показал потенциал в диагностике WD10 и количественной оценке влияния различных методов лечения на поглощение меди11. Доказано, что метод на животных способен показать эффект генной терапии WD путем количественной оценки удержания 64Cu в печени, а также экскреции фекалий и изменений кинетики крови15. В будущем ожидается, что ПЭТ/КТ или ПЭТ/МРТ 64Cu будут наблюдаться в клинических условиях как для диагностики, так и для оценки лечения при БД. Этот метод также, скорее всего, будет частью многих клинических испытаний, включающих новые методы лечения БМ, особенно генную терапию, в которой фекальная экскреция внутривенно введенного индикатора может быть суррогатным маркером эффекта15. В настоящее время нет достоверных данных о поглощении мозгом 64Cu, но это было бы очень актуально для клинических исследований WD.
Этот метод еще не был изучен при болезни Менке, но потенциально может показать поглощение меди из кишечника и поглощение меди в мозг в качестве лечебного эффекта. Этот метод также может иметь потенциал при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, при которых метаболизм меди может быть изменен16.
Стоит отметить, что 64 Cu становится широко доступным в США с ростом использования 64Cu-дотатата в диагностике нейроэндокринных опухолей (НЭО). Кроме того, 67Cu демонстрирует потенциал в тераностике рака; Таким образом, этот трассер также может стать более доступным.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Конфликт интересов у авторов отсутствует.
Acknowledgments
При поддержке гранта Мемориального фонда производителя Вильгельма Педерсена и его жены. Фонд не играл никакой роли в планировании или каком-либо другом этапе исследования.
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).
