Tomografía por emisión de positrones utilizando 64-cobre como trazador para el estudio de trastornos relacionados con el cobre
Summary
El presente protocolo describe cómo realizar 64imágenes de PET/CT y PET/MRI de Cu en humanos para estudiar trastornos relacionados con el cobre, como la enfermedad de Wilson, y el efecto del tratamiento sobre el metabolismo del cobre.
Abstract
El cobre es un oligoelemento esencial, que funciona en catálisis y señalización en sistemas biológicos. El cobre radiomarcado se ha utilizado durante décadas en el estudio del metabolismo básico del cobre humano y animal y los trastornos relacionados con el cobre, como la enfermedad de Wilson (WD) y la enfermedad de Menke. Una adición reciente a este kit de herramientas es la tomografía por emisión de positrones (PET) de 64 cobres (64Cu), que combina las imágenes anatómicas precisas de los escáneres modernos de tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (RM) con la biodistribución de la señal trazadora PET de 64Cu. Esto permite el seguimiento in vivo de los flujos y la cinética del cobre, visualizando así directamente el tráfico y el metabolismo de los órganos de cobre humanos y animales. En consecuencia, 64Cu PET es adecuado para evaluar los efectos del tratamiento clínico y preclínico y ya ha demostrado la capacidad de diagnosticar WD con precisión. Además, 64estudios de Cu PET / CT han demostrado ser valiosos en otras áreas científicas como la investigación del cáncer y el accidente cerebrovascular. El presente artículo muestra cómo realizar 64Cu PET/CT o PET/MR en humanos. Aquí se muestran los procedimientos para el manejo de 64Cu, la preparación del paciente y la configuración del escáner.
Introduction
El cobre es un cofactor catalítico vital que impulsa múltiples procesos bioquímicos importantes esenciales para la vida, y los defectos en la homeostasis del cobre son directamente responsables de las enfermedades humanas. Las mutaciones en los genes ATP7A o ATP7B, que codifican ATPasas transportadoras de cobre, causan las enfermedades de Menke y Wilson, respectivamente. La enfermedad de Menke (ATP7A) es un raro trastorno letal de hiperacumulación intestinal de cobre con deficiencia grave de cobre en los tejidos periféricos y déficit en las enzimas dependientes del cobre1. La enfermedad de Wilson (WD) (ATP7B) es una enfermedad rara caracterizada por la incapacidad de excretar el exceso de cobre a la bilis, lo que resulta en una sobrecarga de cobre y el consiguiente daño a los órganos, afectando más gravemente al hígado y al cerebro2.
Los estudios sobre el metabolismo del cobre han utilizado cobre radiomarcado (generalmente 64-cobre [64Cu] o 67-cobre) durante décadas, y estos estudios han demostrado ser invaluables para nuestra comprensión del metabolismo del cobre en mamíferos, incluido el sitio de absorción y las vías de excreción 3,4,5,6. Anteriormente, los contadores gamma se usaban para detectar la señal radiactiva con una resolución anatómica limitada, pero recientemente, la tomografía por emisión de positrones (PET) de 64Cu combinada con tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (RM) se ha introducido en estudios en humanos y animales. Hoy en día, los escáneres PET tienen una sensibilidad tan alta que es posible rastrear 64Cu hasta 70 h después de la inyección. La larga vida media de 12,7 h para 64Cu permite la evaluación a largo plazo de los flujos de cobre. Esta mejora en la resolución ha entrado recientemente en el campo de los estudios de cobre, y los estudios sobre el metabolismo normal y patológico del cobre, así como los estudios que evalúan el impacto de tratamientos específicos, están comenzando a surgir. Además, la introducción de escáneres PET de cuerpo entero con un campo de visión extendido mejorará aún más la sensibilidad de estos exámenes.
Este documento metodológico tiene como objetivo permitir a los médicos y científicos agregar 64Cu PET CT / MRI al repertorio existente de herramientas como un método robusto y fácil de usar para evaluar el metabolismo del cobre de una manera comparable entre los departamentos de medicina nuclear. La producción de cobre de 64Cu se puede llevar a cabo utilizando diferentes métodos y generalmente se realiza en instalaciones especiales. Entre las reacciones nucleares, el método 64 Ni(p, n)64 Cu es ampliamente utilizado, ya que se puede obtener un alto rendimiento de producción de 64Cu con protones de baja energía en esta ruta 7,8. Una descripción detallada de los métodos de producción está fuera del alcance de este trabajo, y la disponibilidad variará según el país y la región.
En este artículo, primero describimos la preparación de la radioquímica necesaria y el trazador. Luego, se demuestran los principios para preparar los escáneres PET/CT o PET/MRI.
Protocol
Representative Results
Discussion
El método es como cualquier otro método PET, pero la larga vida media de 12,7 h ofrece la oportunidad de investigar los flujos de cobre a largo plazo (tenemos buenos resultados de hasta 68 h después de la inyección del trazador IV). Todos los pasos del protocolo deben ser manejados por personal familiarizado con PET, aunque no son más críticos que cualquier otro examen PET.
Solución de problemas
Debido a que a menudo usamos 64Cu para investigaciones a larg…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Con el apoyo de una subvención de The Memorial Foundation of Manufacturer Vilhelm Pedersen & Wife. La fundación no desempeñó ningún papel en la planificación ni en ninguna otra fase del estudio.
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).
