Позитронно-эмиссионная томография с использованием 64-меди в качестве индикатора для изучения заболеваний, связанных с медью
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.
Protocol
Representative Results
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 …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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. Menkes disease. European Journal of Human Genetics. 18 (5), 511-518 (2010).
- Ala, A., Walker, A. P., Ashkan, K., Dooley, J. S., Schilsky, M. L. Wilson’s disease. The Lancet. 369 (9559), 397-408 (2007).
- 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).
