Positronemissionstomografi ved hjælp af 64-kobber som sporstof til undersøgelse af kobberrelaterede lidelser
Summary
Denne protokol beskriver, hvordan man udfører 64Cu PET / CT og PET / MR-billeddannelse hos mennesker for at studere kobberrelaterede lidelser, såsom Wilsons sygdom, og behandlingseffekten på kobbermetabolisme.
Abstract
Kobber er et vigtigt sporelement, der fungerer i katalyse og signalering i biologiske systemer. Radioaktivt mærket kobber er blevet brugt i årtier til at studere grundlæggende kobbermetabolisme hos mennesker og dyr og kobberrelaterede lidelser, såsom Wilsons sygdom (WD) og Menkes sygdom. En nylig tilføjelse til dette værktøjssæt er 64-kobber (64 Cu) positronemissionstomografi (PET), der kombinerer den nøjagtige anatomiske billeddannelse af moderne computertomografi (CT) eller magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) scannere med biodistributionen af 64Cu PET-sporsignalet. Dette muliggør in vivo-sporing af kobberfluxer og kinetik og derved direkte visualisering af kobberorgantrafik og metabolisme for mennesker og dyr. Derfor er 64Cu PET velegnet til evaluering af kliniske og prækliniske behandlingseffekter og har allerede vist evnen til at diagnosticere WD nøjagtigt. Desuden har 64Cu PET / CT-undersøgelser vist sig værdifulde inden for andre videnskabelige områder som kræft og slagtilfælde. Denne artikel viser, hvordan man udfører 64Cu PET / CT eller PET / MR hos mennesker. Procedurer for 64Cu-håndtering, patientforberedelse og scanneropsætning er demonstreret her.
Introduction
Kobber er en vital katalytisk cofaktor, der driver flere vigtige biokemiske processer, der er afgørende for livet, og defekter i kobberhomeostase er direkte ansvarlige for menneskelige sygdomme. Mutationer i ATP7A- eller ATP7B-generne, der koder for kobbertransporterende ATPaser, forårsager henholdsvis Menkes og Wilsons sygdomme. Menkes sygdom (ATP7A) er en sjælden dødelig lidelse af intestinal kobberhyperakkumulering med alvorlig kobbermangel i perifert væv og underskud i kobberafhængige enzymer1. Wilsons sygdom (WD) (ATP7B) er en sjælden sygdom, der er karakteriseret ved manglende evne til at udskille overskydende kobber til galde, hvilket resulterer i kobberoverbelastning og efterfølgende organskader, der mest alvorligt påvirker leveren og hjernen2.
Undersøgelser af kobbermetabolisme har brugt radioaktivt mærket kobber (normalt 64-kobber [64Cu] eller 67-kobber) i årtier, og disse undersøgelser har vist sig uvurderlige for vores forståelse af pattedyrs kobbermetabolisme, herunder absorptionssted og udskillelsesveje 3,4,5,6. Tidligere blev gammatællere brugt til at detektere det radioaktive signal med en begrænset anatomisk opløsning, men for nylig er 64Cu positronemissionstomografi (PET) kombineret med computertomografi (CT) eller magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) blevet introduceret i både humane og dyreforsøg. I dag har PET-scannere en så høj følsomhed, at det er muligt at spore 64Cu i op til 70 timer efter injektion. Den lange halveringstid på 12,7 timer for 64Cu muliggør langsigtet vurdering af kobberfluxer. Denne forbedring af opløsningen er for nylig kommet ind på kobberundersøgelsesområdet, og undersøgelser af normal og patologisk kobbermetabolisme samt undersøgelser, der evaluerer virkningen af specifikke behandlinger, begynder at dukke op. Desuden vil indførelsen af helkrops-PET-scannere med et udvidet synsfelt yderligere øge følsomheden af disse undersøgelser.
Dette metodologiske papir har til formål at gøre det muligt for klinikere og forskere at tilføje 64Cu PET CT / MR til det eksisterende repertoire af værktøjer som en robust og brugervenlig metode til vurdering af kobbermetabolisme på en måde, der kan sammenlignes mellem nuklearmedicinske afdelinger. Produktionen af 64Cu kobber kan udføres ved hjælp af forskellige metoder og udføres normalt på specielle faciliteter. Blandt de nukleare reaktioner anvendes 64 Ni (p, n) 64 Cu-metoden i vid udstrækning, da et højt produktionsudbytte på 64Cu kan opnås med lavenergiprotoner i denne rute 7,8. En detaljeret beskrivelse af produktionsmetoderne er uden for rammerne af dette arbejde, og tilgængeligheden vil variere fra land til land og region.
I denne artikel beskriver vi først forberedelsen af den nødvendige radiokemi og sporet. Derefter demonstreres principperne for forberedelse af PET/CT- eller PET/MR-scannere.
Protocol
Representative Results
Discussion
Metoden er som enhver anden PET-metode, men den lange halveringstid på 12,7 timer giver mulighed for at undersøge langsigtede kobberfluxer (vi har gode resultater fra op til 68 timer efter IV-sporinjektion). Alle trin i protokollen skal håndteres af personale, der er bekendt med PET, selv om de ikke er mere kritiske end nogen anden PET-undersøgelse.
Fejlfinding
Fordi vi ofte bruger 64Cu til langsigtede undersøgelser, vil PET-signalet være mere støjende end…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Støttet af en bevilling fra Mindefonden for Fabrikant Vilhelm Pedersen &. Hustru. Fonden spillede ingen rolle i planlægningen eller nogen anden fase af undersøgelsen.
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 |
Referências
- 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).
