Positronen-Emissions-Tomographie mit 64-Kupfer als Tracer zur Untersuchung kupferbedingter Erkrankungen
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt, wie 64Cu PET/CT- und PET/MRT-Bildgebung am Menschen durchgeführt werden können, um kupferbedingte Erkrankungen wie Morbus Wilson und die Auswirkungen der Behandlung auf den Kupferstoffwechsel zu untersuchen.
Abstract
Kupfer ist ein essentielles Spurenelement, das in der Katalyse und bei der Signalübertragung in biologischen Systemen eine Rolle spielt. Radioaktiv markiertes Kupfer wird seit Jahrzehnten zur Untersuchung des grundlegenden menschlichen und tierischen Kupferstoffwechsels und kupferbedingter Erkrankungen wie Morbus Wilson (WD) und Morbus Menke verwendet. Neu hinzugekommen ist die 64-Kupfer (64 Cu) Positronen-Emissions-Tomographie (PET), die die genaue anatomische Bildgebung moderner Computertomographen (CT) oder Magnetresonanztomographen (MRT) mit der Bioverteilung des 64Cu PET-Tracer-Signals kombiniert. Dies ermöglicht es, Kupferflüsse und -kinetik in vivo zu verfolgen und so den Verkehr und Stoffwechsel von Kupferorganen bei Mensch und Tier direkt sichtbar zu machen. Folglich eignet sich 64Cu PET gut für die Bewertung klinischer und präklinischer Behandlungseffekte und hat bereits gezeigt, dass es in der Lage ist, WD genau zu diagnostizieren. Darüber hinaus haben sich 64Cu-PET/CT-Studien in anderen wissenschaftlichen Bereichen wie der Krebs- und Schlaganfallforschung als wertvoll erwiesen. Der vorliegende Artikel zeigt, wie 64Cu PET/CT oder PET/MR beim Menschen durchgeführt werden können. Hier werden Verfahren für die Handhabung von 64Cu, die Patientenvorbereitung und die Einrichtung des Scanners demonstriert.
Introduction
Kupfer ist ein lebenswichtiger katalytischer Cofaktor, der mehrere wichtige biochemische Prozesse antreibt, die für das Leben unerlässlich sind, und Defekte in der Kupferhomöostase sind direkt für menschliche Krankheiten verantwortlich. Mutationen in den Genen ATP7A oder ATP7B , die für kupfertransportierende ATPasen kodieren, verursachen Morbus Menke bzw. Wilson. Morbus Menke (ATP7A) ist eine seltene tödliche Erkrankung der intestinalen Kupferhyperakkumulation mit schwerem Kupfermangel im peripheren Gewebe und Defiziten in kupferabhängigen Enzymen1. Morbus Wilson (WD) (ATP7B) ist eine seltene Erkrankung, die durch die Unfähigkeit gekennzeichnet ist, überschüssiges Kupfer in die Galle auszuscheiden, was zu einer Kupferüberladung und anschließenden Organschäden führt, die am stärksten die Leber und das Gehirn betreffen2.
Studien zum Kupferstoffwechsel verwenden seit Jahrzehnten radioaktiv markiertes Kupfer (normalerweise 64-Kupfer [64Cu] oder 67-Kupfer), und diese Studien haben sich als von unschätzbarem Wert für unser Verständnis des Kupferstoffwechsels von Säugetieren erwiesen, einschließlich der Absorptionsstelle und der Ausscheidungswege 3,4,5,6. Früher wurden Gamma-Zähler verwendet, um das radioaktive Signal mit einer begrenzten anatomischen Auflösung zu detektieren, aber vor kurzem wurde die 64-Cu-Positronen-Emissions-Tomographie (PET) in Kombination mit Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT) sowohl in Human- als auch in Tierstudien eingeführt. Heute haben PET-Scanner eine so hohe Empfindlichkeit, dass es möglich ist, 64Cu bis zu 70 h nach der Injektion zu verfolgen. Die lange Halbwertszeit von 12,7 h für 64Cu ermöglicht die Langzeitbeurteilung von Kupferflüssen. Diese Verbesserung der Auflösung hat erst vor kurzem Einzug in die Kupferstudien gehalten, und Studien über den normalen und pathologischen Kupferstoffwechsel sowie Studien, die die Auswirkungen bestimmter Behandlungen bewerten, beginnen sich abzuzeichnen. Darüber hinaus wird die Einführung von Ganzkörper-PET-Scannern mit erweitertem Sichtfeld die Sensitivität dieser Untersuchungen weiter erhöhen.
Diese methodische Arbeit zielt darauf ab, Kliniker und Wissenschaftler in die Lage zu versetzen, das bestehende Repertoire an Instrumenten um 64Cu PET CT/MRT als robuste und einfach zu handhabende Methode zur Beurteilung des Kupferstoffwechsels in einer zwischen nuklearmedizinischen Abteilungen vergleichbaren Weise zu erweitern. Die Herstellung von 64Cu Kupfer kann mit verschiedenen Verfahren erfolgen und wird in der Regel in speziellen Anlagen durchgeführt. Unter den Kernreaktionen ist die 64 Ni (p,n)64 Cu-Methode weit verbreitet, da auf diesem Weg eine hohe Produktionsausbeute von 64Cu mit niederenergetischen Protonen erzielt werden kann 7,8. Eine detaillierte Beschreibung der Produktionsmethoden würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen, und die Verfügbarkeit wird je nach Land und Region unterschiedlich sein.
In diesem Artikel beschreiben wir zunächst die Herstellung der notwendigen Radiochemie und des Tracers. Anschließend werden die Prinzipien zur Vorbereitung der PET/CT- oder PET/MRT-Scanner demonstriert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Methode ist wie jede andere PET-Methode, aber die lange Halbwertszeit von 12,7 h bietet die Möglichkeit, langfristige Kupferflüsse zu untersuchen (wir haben gute Ergebnisse von bis zu 68 h nach intravenöser Tracerinjektion). Alle Schritte des Protokolls müssen von Personal durchgeführt werden, das mit PET vertraut ist, obwohl sie nicht kritischer sind als jede andere PET-Untersuchung.
Fehlerbehebung
Da wir häufig 64Cu für Langzeituntersuchungen verwend…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Unterstützt durch ein Stipendium der Memorial Foundation des Herstellers Vilhelm Pedersen & Wife. Die Stiftung spielte weder bei der Planung noch in einer anderen Phase der Studie eine Rolle.
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
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