Imaging ibrido PET/MRI della malattia di Alzheimer basato su ¹⁸F-AV-1451

Questo protocollo descrive l'uso di ¹⁸F-AV-1451 PET/MRI per rivelare la patologia tau e la neurodegenerazione, aiutando i neurologi a diagnosticare la malattia di Alzheimer, valutarne la gravità e ottenere informazioni sulla sua progressione e sui meccanismi patologici sottostanti.

La malattia di Alzheimer (AD) è una malattia neurodegenerativa progressiva e irreversibile caratterizzata da disfunzione cognitiva, declino delle capacità di vita quotidiana e cambiamenti comportamentali, che impone un significativo onere economico e sociale in tutto il mondo. Uno dei principali segni patologici dell'AD è l'accumulo di grovigli neurofibrillari formati dalla proteina tau iperfosforilata. La tomografia a emissione di positroni/risonanza magnetica (PET/MRI) fornisce informazioni strutturali e funzionali dettagliate insieme a specifiche distribuzioni proteiche, rendendola uno strumento sempre più prezioso per la diagnosi e la ricerca sull'AD. ¹⁸F-AV-1451 è un radiotracciante specificamente progettato per il rilevamento della proteina tau nell'imaging PET del tessuto cerebrale. Questo studio presenta un protocollo dettagliato per la radiosintesi di ¹⁸F-AV-1451, la preparazione del paziente, le tecniche di acquisizione delle immagini PET/MRI e le sue potenziali applicazioni nella valutazione dell'AD. ¹⁸La PET/MRI F-AV-1451 potrebbe aiutare i neurologi a diagnosticare l'AD, valutare la gravità della malattia e ottenere informazioni sui suoi meccanismi patologici. In conclusione, questo protocollo fornisce un approccio sensibile, completo e non invasivo per la valutazione dell'AD, offrendo preziose informazioni sulla progressione della malattia e sulla patologia.

La malattia di Alzheimer (AD) è una malattia neurodegenerativa progressiva e irreversibile. I pazienti in genere sperimentano disfunzione cognitiva, un declino delle capacità di vita quotidiana e cambiamenti comportamentali. Con l'accelerazione dell'invecchiamento della popolazione globale, il morbo di Alzheimer è diventato una delle principali preoccupazioni per la salute pubblica. Attualmente, più di 50 milioni di persone in tutto il mondo vivono con l'AD. Entro il 2050, si prevede che la prevalenza della demenza triplicherà a livello globale¹. Circa il 10,8% degli individui di età pari o superiore a 65 anni ha la demenza di Alzheimer. La prevalenza dell'AD è di circa il 5% negli individui di età compresa tra 65 e 74 anni, aumentando al 33,3% in quelli di età pari o superiore a 85 anni, il che lo rende una delle principali cause di morte tra gli anziani². Una volta che un paziente sviluppa l'AD, pone un onere significativo sulla famiglia³. A causa della sua insorgenza insidiosa, i pazienti spesso perdono la finestra ottimale per il trattamento dopo la diagnosi. La sua diagnosi precoce rimane una sfida globale⁴, poiché l'eziologia esatta non è ancora completamente compresa ^5,6. Data la complessità dell'eziologia e dei percorsi che influenzano l'AD, c'è un urgente bisogno di strategie diagnostiche più accurate e precoci.

I metodi di imaging convenzionali come la tomografia computerizzata (TC) e la risonanza magnetica per immagini (MRI) vengono utilizzati per osservare l'atrofia o altri cambiamenti strutturali nel cervello, che possono contribuire al deterioramento cognitivo. La risonanza magnetica, in particolare, fornisce un migliore contrasto dei tessuti molli rispetto alla TC e offre informazioni sulla biologia del tumore senza esporre i pazienti a radiazioni ionizzanti, rendendola la modalità di imaging preferita per la maggior parte dei disturbi neurologici⁶. La risonanza magnetica è una potente tecnica di imaging che non solo fornisce informazioni anatomiche macroscopiche dettagliate, ma include anche vari metodi di imaging funzionale, come la risonanza magnetica funzionale dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD fMRI), che può essere utilizzata per osservare l'attività cerebrale funzionale⁶. La tomografia a emissione di positroni (PET) è un metodo di imaging molecolare non invasivo che consente un'analisi semiquantitativa approfondita dei processi biologici nel cervello umano. La PET/MRI ibrida può offrire vantaggi rispetto ad altre tecniche di imaging per la diagnosi di AD⁷, poiché l'uso di un'ampia varietà di traccianti PET può fornire ulteriori informazioni fisiologiche per integrare le immagini anatomiche MRI ^8,9.

I grovigli neurofibrillari formati dall'iperfosforilazione della proteina tau sono una delle caratteristiche patologiche dell'AD, strettamente associati all'insorgenza della neurodegenerazione e alla manifestazione dei sintomi clinici sia spazialmente che temporalmente⁶. La proteina tau è la proteina associata ai microtubuli più abbondante in vivo ed è prevalente sia nel sistema nervoso periferico che in quello centrale. La progressione patologica della tau è fortemente correlata con il grado di deterioramento cognitivo e ha il potenziale per fungere da bersaglio terapeutico per i pazienti con AD⁷. Il rilevamento non invasivo della deposizione di proteina tau in specifiche regioni cerebrali è prezioso per la previsione e la diagnosi precoce della malattia. L'uso di radiotraccianti tau consente la visualizzazione e la localizzazione dei depositi di proteina tau nel cervello, fornendo una diagnosi differenziale tempestiva e accurata, nonché un valido supporto nel monitoraggio della progressione della malattia e nella valutazione dei trattamenti clinici sperimentali ^8,9.

Diversi studi hanno dimostrato una relazione tra i cambiamenti in proteine specifiche e i risultati della risonanza magnetica funzionale o morfologica^10,11. Tuttavia, ci sono rapporti limitati sulle analisi combinate che utilizzano l'imaging amiloide/tau e la risonanza magnetica funzionale¹². Il nuovo farmaco diagnostico molecolare ¹⁸F-AV-1451 (7-(6-[¹⁸F]fluoropiridin-3il)-5H-pirido[4,3-b]indolo) è stato utilizzato come agente radiodiagnostico per la rilevazione della proteina tau nel tessuto cerebrale con imaging PET. La ricerca sull'imaging PET tau è ancora in fase di sviluppo, con solo pochi traccianti attualmente valutati, tra cui ¹⁸F-T807 (¹⁸F-AV-1451), ¹⁸F-T808 (¹⁸F-AV-680)¹³, ¹¹C-PBB3¹⁴, ¹⁸F-THK-5117¹⁵, ¹⁸F-THK-523¹⁶ e ¹⁸F-THK-5105^17,18. ¹⁸F-AV-1451 è stato sviluppato commercialmente¹⁹ed è stato riportato per l'uso in pazienti con AD²⁰, paralisi sopranucleare progressiva²¹ e demenza con corpi di Lewy²². Il processo di radiosintesi di ¹⁸F-AV-1451 richiede una complessa fase di purificazione per garantire che il prodotto finale soddisfi i requisiti di dosaggio per gli studi di imaging clinico²³. Con la crescente applicazione di ¹⁸radiotraccianti marcati con F nella tecnologia di imaging PET, c'è una crescente domanda per la sintesi e lo sviluppo di nuovi radiotraccianti ^{marcati con 18}F. Questo studio presenta un metodo di imaging tau PET/MRI volto a fornire informazioni più dettagliate per la diagnosi dei pazienti con malattia di Alzheimer.

Lo studio è stato approvato dal Comitato Etico Medico locale e tutti i soggetti hanno fornito il consenso informato scritto prima della partecipazione. Tutti gli studi sono stati condotti in conformità con i principi della Dichiarazione di Helsinki. Tutti i soggetti sono stati sottoposti a valutazioni neurologiche e neuropsicologiche da parte di un operatore sanitario entro tre mesi prima e dopo l'imaging. I pazienti sono stati inclusi in base ai criteri²⁴ del National Institute on Aging-Alzheimer's Disease Association (NINCDS-ADRDA) e ai criteri²⁵ del National Institute on Aging-Alzheimer's Association (NAA). I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate sono elencati nella Tabella dei Materiali.

1. ¹⁸Sintesi F-AV-1451

NOTA: Seguire i principi della protezione biologica e radiologica sul lavoro, nonché i principi dello smaltimento dei rifiuti medici e radioattivi, durante le operazioni.

1. Dettagli sintetici
   1. Sintetizzare 2,5 mL di fluoruro [¹⁸F] utilizzando la reazione nucleare ¹⁸O(p, n)¹⁸F impiegando un acceleratore di particelle, con protoni a correnti integrate fino a 45 μA che bombardano per 40 minuti. Aggiungere fluoruro [¹⁸F] al modulo di sintesi automatizzato tramite la tubazione di trasferimento, facilitato dalla sovrapressione del gas elio. Utilizzare il modulo di sintesi nell'ordine mostrato nella Figura 1.
   2. Intrappolare il fluoruro [¹⁸F] su una colonna a scambio ionico (pre-attivare con 1 mL di etanolo e 2 mL di acqua) mantenendo l'acqua ¹⁸O nel recipiente di recupero.
   3. Lasciare che la soluzione di carbonato di potassio dal recipiente n. 1 (Figura 1) scorra attraverso le valvole designate e la colonna a scambio ionico per scambiarla con il fluoruro [¹⁸F], quindi eluire nel recipiente di reazione. Vedere la Tabella 1 per le soluzioni nei diversi recipienti.
   4. Sciogliere il fluoruro [¹⁸F] e un catalizzatore a trasferimento di fase a base di critande precaricato nel recipiente n. 2 nel recipiente di reazione.
   5. Aprire la valvola designata. Sottoporre la miscela di reazione a distillazione sotto vuoto con soffiaggio di azoto a 85 °C per 8 minuti, seguita da soffiaggio di azoto a 110 °C per 4 minuti per eliminare l'acqua residua.
   6. Aggiungere il precursore del recipiente n. 3 nel recipiente n. 12 e riscaldare a 130 °C per 10 minuti. La radiosintesi di ¹⁸F-AV-1451 è mostrata nella Figura 2.
   7. Raffreddare la miscela di reazione a 50 °C, quindi aprire le valvole designate per ripristinare la pressione atmosferica.
   8. Lavare la miscela di reazione nel recipiente n. 14 utilizzando un volume di 3 mL di fase mobile HPLC (soluzione acquosa di etanolo al 25%, pH regolato a 2,0) proveniente dai recipienti n. 5 e n. 6. Aprire le valvole designate per consentire l'ingresso della miscela nel circuito HPLC sotto pressione di elio.
      1. Introdurre il prodotto nella colonna semi-preparativa HPLC ed eluire con la fase mobile a una velocità di flusso di 5 mL/min. Osservare l'eluente utilizzando i contatori UV (λ = 254 nm) e radioattività.
   9. Raccogliere il prodotto nel pallone a fondo tondo tramite l'apposita valvola.
   10. Intrappolare e trattenere il prodotto all'interno della colonna C18 (attivata da 5 mL di etanolo e 10 mL di acqua).
   11. Aprire la valvola designata, lavare la colonna con acqua dal recipiente n. 9 nel contenitore dei rifiuti, quindi risciacquare nel flacone del prodotto con la soluzione dei recipienti n. 8 e n. 7.
   12. Far passare ¹⁸F-AV-1451 attraverso una membrana filtrante per liquidi da 0,22 μm nel flacone di raccolta nella cella calda di erogazione a pressione di elio.
2. Controllo qualità
   NOTA: Eseguire il controllo qualità su tre lotti consecutivi del prodotto. Assicurarsi che il controllo di qualità del prodotto soddisfi i criteri dell'edizione 2020 della Farmacopea della Repubblica Popolare Cinese (vedi Tabella dei materiali).
   1. Condurre l'ispezione visiva posizionando il prodotto dietro il vetro al piombo e ispezionando il colore e la chiarezza.
   2. Determinare il valore del pH del prodotto utilizzando la carta per test di pH di precisione.
   3. Utilizzare l'HPLC per analizzare la purezza radiochimica del prodotto ^8,16.
   4. Analizzare la purezza nucleare radioattiva del prodotto utilizzando il metodo dello spettrometro gamma¹⁷.
   5. Misurare accuratamente l'emivita del prodotto secondo la Farmacopea della Repubblica Popolare Cinese¹³.
   6. Applicare una pressione di 0,34 MPa alla membrana del filtro sterile (passaggio 1.1.12) per testarne la tenuta e l'integrità.
   7. Eseguire test di sterilità ed endotossine utilizzando la coltura batterica e il metodo²³ del reagente del granchio a ferro di cavallo.
   8. Testare il residuo del catalizzatore a trasferimento di fase a base di criptando utilizzando il metodo dello iodoplatinato di potassio. Analizzare il contenuto di acetone, acetonitrile e DMSO nel prodotto utilizzando un gascromatografo ^8,16.
      NOTA: Assicurarsi che non appaiano altri picchi, ad eccezione di 0,511 MeV e 1,022 MeV.

2. Linee guida per l'esame preliminare

NOTA: I partecipanti sono stati inclusi se avevano una preoccupazione attuale riguardo a un cambiamento nella cognizione e mostravano una compromissione in uno o più domini cognitivi pur mantenendo l'indipendenza nelle abilità funzionali²⁵. L'idoneità richiedeva un punteggio del Mini-Mental State Examination (MMSE) compreso tra 0 e 20 e la positività della proteina amiloide, confermata attraverso un rapporto Aβ42 o Aβ42/Aβ40 anomalo del liquido cerebrospinale (CSF) o una tomografia a emissione di positroni amiloide (PET) positiva ^6,20. I criteri di esclusione comprendevano una diagnosi di malattia vascolare, depressione, lesione cerebrale traumatica, disturbi psicotici o altre condizioni associate al declino cognitivo⁵. Sono stati esclusi i partecipanti con controindicazioni a pacemaker, sostanze ferromagnetiche o corpi estranei che rappresentano un pericolo per la mobilità, nonché quelli che non sono stati in grado di sottoporsi a risonanza magnetica. Ulteriori criteri di esclusione includevano l'intolleranza ai mezzi di contrasto al gadolinio e la presenza di grave insufficienza renale²¹.

1. Istruire i soggetti ad astenersi da alcol, caffeina, farmaci o qualsiasi esercizio o attività faticosa per 24 ore prima dello studio. Mantenere uno stato fisiologico stabile (ad esempio, bioritmi, attività di funzione cerebrale) per garantire l'accuratezza dei dati.
2. Consentire ai soggetti di consumare acqua e cibo prima dell'esame, poiché questi non interferiscono con l'imaging PET/RM tau.
3. Interrompere i farmaci neurologici per almeno 12 ore prima dell'imaging.
4. Consigliare ai soggetti di evitare di indossare gioielli in metallo o indumenti con bottoni o cerniere in metallo il giorno dell'esame.
   NOTA: Assicurarsi che il paziente sia accompagnato da un familiare, porti con sé i registri degli esami precedenti e informi il personale medico sull'uso dei farmaci.

3. Preparazione per la scansione

1. Verificare il modulo di domanda per confermare le informazioni generali, lo scopo dell'esame e il programma. Assicurarsi che tutti i preparativi necessari siano stati completati. Registrati e archivia i dettagli.
2. Ottenere il consenso informato per l'imaging PET/RM dal soggetto o da un familiare. Informare il soggetto dello scopo, della procedura, dei rischi e dei benefici.
3. Condurre una revisione dettagliata dell'anamnesi, registrare l'altezza, il peso e la concentrazione ematica del soggetto e confermare l'assenza di controindicazioni all'esame RM.
4. Stabilire una linea endovenosa in una vena superficiale periferica o accedere a un catetere di porta.
5. Prima di somministrare ¹⁸F-AV-1451, verificare nuovamente tutte le informazioni per evitare errori.
6. Iniettare ^{lentamente 18}F-AV-1451 a 3,7-5,5 MBq/kg attraverso l'accesso endovenoso. Sciacquare la provetta con una quantità adeguata di soluzione fisiologica per ridurre al minimo i residui di tracciante radioattivo. Applicare una compressione sul sito di iniezione per evitare perdite di liquido.
7. Registrare l'ora, il sito e l'attività dell'iniezione.
8. Dopo aver completato l'iniezione, iniziare la chiusura audiovisiva. Abbassa le luci nell'attesa
   ambiente e impostare la temperatura a circa 22 °C. Istruire il soggetto a riposare a letto con gli occhi chiusi per 80 minuti, evitando di parlare, mangiare o masticare durante questo periodo.

4. Scansione PET/MRI

1. Istruire il soggetto e il compagno a rimuovere tutti gli oggetti metallici, inclusi telefoni cellulari, copricapi, protesi dentarie, occhiali, orologi, portafogli e monete, prima dell'esame. Non consentire l'ingresso di sedie a rotelle, barelle, lettini da visita, bombole di ossigeno o apparecchiature di monitoraggio nella sala d'esame.
2. Fornire tappi per le orecchie al soggetto e posizionarlo supino sul tavolo PET/MRI con una spirale testa/collo che racchiude la regione cervicale. Utilizzare un poggiatesta specializzato o un cuscinetto in spugna per stabilizzare la testa, riducendo al minimo i movimenti e garantendo il comfort.
   NOTA: Somministrare una dose appropriata di farmaco sedativo, se necessario, sulla base di una valutazione neurologica.
3. Posizionare il soggetto con le braccia abbassate e istruirlo a utilizzare il dispositivo di allarme in caso di disagio.
4. Esaminare le immagini per verificare che la testa sia centrata nello scanner, allineata con il centro della bobina e posizionata in modo coerente rispetto al collo.
5. Utilizzare una bobina di unione testa e collo a 8 canali per l'imaging.
6. Acquisisci sequenze volumetriche T1 3D cerebrali con alta risoluzione e un elevato rapporto segnale/rumore (SNR) utilizzando una sequenza richiamata in gradiente viziato. Impostare i seguenti parametri:
   1. Tempo di ripetizione (TR) = 8,5 ms; Tempo di eco (TE) = 3,2 ms; Tempo di inversione (TI) = 450 ms; Angolo di ribaltamento = 12°; Dimensione voxel = 1 × 1 × 1 mm³; Campo visivo (FOV) = 256 mm; Dimensione della matrice = 256 × 256; Spessore fetta = 1 mm.
   2. Acquisire sequenze assiali pesate PROPELLER T2 con i seguenti parametri: TR = 6837 ms; TE = 132 ms; Angolo di ribaltamento = 142°; Campo visivo = 240 mm; Dimensione della matrice = 416 × 416; Spessore fetta = 5 mm.
      NOTA: La scansione PET utilizza una posizione a letto singolo, coprendo l'intero cervello dal forame magno alla parte superiore del cranio.
7. Acquisizione simultanea di immagini PET di 20 minuti.
8. Esegui la scansione PET in modalità di acquisizione 3D.
9. Utilizzare la scansione volumetrica per l'imaging PET.
10. Eseguire la correzione dell'attenuazione dell'imaging RM utilizzando una sequenza di impulsi ZTE (Zero Echo Time) per segmentare ossa, aria e tessuti molli.
11. Acquisire dati PET utilizzando l'OSEM (Time-of-Flight Ordered Subset Expectation Maximization) per la ricostruzione dell'immagine^20,23. Utilizzare i seguenti parametri:
    1. Dimensione della matrice = 192 × 192; 28 sottoinsiemi con 6 iterazioni; FOV = 350 × 350 mm; Larghezza totale a metà massimo (FWHM) = 3,0 mm.
12. Calcolare il valore di assorbimento standardizzato (SUV) utilizzando la formula^20,23:
    SUV = (Attività della sfera (Bq/ml) × Peso corporeo (kg)) / Dose iniettata.

5. Interpretazione dell'immagine

1. Valutare visivamente tutte le immagini PET/RM in modo indipendente da almeno due medici esperti di medicina nucleare all'oscuro della diagnosi clinica.
2. Identificare i lobi cerebrali che presentano cambiamenti strutturali anomali e deposizione di proteine.
3. Ripetere la valutazione visiva fino al raggiungimento di un consenso finale.
4. Definisci una "scansione positiva" come un aumento dell'assorbimento di ¹⁸F-AV-1451 in una o tutte le regioni corticali. Definire una "scansione negativa" come l'assenza di ^{captazione di 18}F-AV-1451 in tutte le regioni corticali.
5. Definire l'atrofia nel lobo temporale mediale, in particolare nell'ippocampo alla risonanza magnetica, come neurodegenerazione^20,25.

¹⁸Risultati della sintesi di F-AV-1451
La sintesi in un solo passaggio di ¹⁸F-AV-1451 in condizioni di reazione ottimizzate ha aumentato la resa di sintesi al 25,7% ± al 5,8%. Il tempo di reazione totale è stato di 70 minuti. Nella Figura 3 è mostrato un tipico spettro HPLC e UV semi-preparativo, dove il picco 2 rappresenta il picco del prodotto.

Risultati dei test di qualità

In questo manoscritto metodologico, abbiamo introdotto una radiosintesi aggiornata di ¹⁸F-AV-1451 per l'imaging PET tau e le tecniche per l'acquisizione di immagini PET/MRI ¹⁸F-AV-1451, e abbiamo fornito la potenziale utilità di ¹⁸F-AV-1451 PET/MR per la valutazione dell'AD. La TC o la risonanza magnetica cerebrale convenzionale di solito fornisce una valutazione strutturale anatomica macroscopica, che limita la valutazione della progressione della malat...

Gli autori non hanno alcun conflitto di interessi da dichiarare.

Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni del Piano chiave di ricerca e sviluppo della provincia di Liaoning (2019JH/10300010) e del Programma di ricerca di base applicata della provincia di Liaoning (2022JH2/101500011).