Imagem híbrida de PET/MRI da doença de Alzheimer com base em ¹⁸F-AV-1451

Este protocolo descreve o uso de ¹⁸F-AV-1451 PET/MRI para revelar patologia tau e neurodegeneração, auxiliando os neurologistas no diagnóstico da doença de Alzheimer, avaliando sua gravidade e obtendo informações sobre sua progressão e mecanismos patológicos subjacentes.

A doença de Alzheimer (DA) é um distúrbio neurodegenerativo progressivo e irreversível caracterizado por disfunção cognitiva, declínio nas habilidades de vida diária e alterações comportamentais, impondo um ônus econômico e social significativo em todo o mundo. Uma das principais características patológicas da DA é o acúmulo de emaranhados neurofibrilares formados pela proteína tau hiperfosforilada. A tomografia por emissão de pósitrons/ressonância magnética (PET/MRI) fornece informações estruturais e funcionais detalhadas, juntamente com distribuições específicas de proteínas, tornando-se uma ferramenta cada vez mais valiosa para o diagnóstico e pesquisa da DA. ¹⁸O F-AV-1451 é um radiotraçador projetado especificamente para detecção de proteína tau em imagens PET do tecido cerebral. Este estudo apresenta um protocolo detalhado para a radiossíntese de ¹⁸F-AV-1451, preparação do paciente, técnicas de aquisição de imagens PET/RM e suas potenciais aplicações na avaliação da DA. ¹⁸O F-AV-1451 PET/MRI pode ajudar os neurologistas a diagnosticar a DA, avaliar a gravidade da doença e obter informações sobre seus mecanismos patológicos. Em conclusão, este protocolo fornece uma abordagem sensível, abrangente e não invasiva para a avaliação da DA, oferecendo informações valiosas sobre a progressão da doença e a patologia.

A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa progressiva e irreversível. Os pacientes geralmente apresentam disfunção cognitiva, declínio nas habilidades da vida diária e alterações comportamentais. Com o envelhecimento acelerado da população global, a doença de Alzheimer tornou-se uma grande preocupação de saúde pública. Atualmente, mais de 50 milhões de pessoas em todo o mundo vivem com DA. Até 2050, espera-se que a prevalência de demência triplique globalmente¹. Aproximadamente 10,8% dos indivíduos com 65 anos ou mais têm demência de Alzheimer. A prevalência de DA é de cerca de 5% em indivíduos de 65 a 74 anos, aumentando para 33,3% naqueles com 85 anos ou mais, tornando-se uma das principais causas de morte entre os idosos². Uma vez que um paciente desenvolve DA, isso representa um fardo significativo para a família³. Devido ao seu início insidioso, os pacientes muitas vezes perdem a janela ideal para o tratamento após o diagnóstico. Sua detecção precoce continua sendo um desafio global⁴, pois a etiologia exata ainda não é completamente compreendida ^5,6. Dada a etiologia complexa e as vias que influenciam a DA, há uma necessidade urgente de estratégias diagnósticas mais precisas e precoces.

Métodos convencionais de imagem, como tomografia computadorizada (TC) e ressonância magnética (RM), são usados para observar atrofia ou outras alterações estruturais no cérebro, que podem contribuir para o comprometimento cognitivo. A ressonância magnética, em particular, fornece melhor contraste de tecidos moles do que a TC e oferece informações sobre a biologia do tumor sem expor os pacientes à radiação ionizante, tornando-se a modalidade de imagem preferida para a maioria dos distúrbios neurológicos⁶. A ressonância magnética é uma poderosa técnica de imagem que não apenas fornece informações anatômicas macroscópicas detalhadas, mas também inclui vários métodos de imagem funcional, como ressonância magnética funcional dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD fMRI), que pode ser usada para observar a atividade cerebral funcional⁶. A tomografia por emissão de pósitrons (PET) é um método de imagem molecular não invasivo que permite uma extensa análise semiquantitativa de processos biológicos no cérebro humano. A PET/RM híbrida pode oferecer vantagens sobre outras técnicas de imagem para o diagnóstico de DA⁷, pois o uso de uma ampla variedade de traçadores de PET pode fornecer informações fisiológicas adicionais para complementar as imagens anatômicas de RM ^8,9.

Os emaranhados neurofibrilares formados pela hiperfosforilação da proteína tau são uma das características patológicas da DA, intimamente associados ao aparecimento da neurodegeneração e à manifestação de sintomas clínicos tanto espacial quanto temporalmente⁶. A proteína Tau é a proteína associada a microtúbulos mais abundante in vivo e é prevalente nos sistemas nervosos periférico e central. A progressão patológica da tau está fortemente correlacionada com o grau de comprometimento cognitivo e tem potencial para servir como alvo terapêutico para pacientes com DA⁷. A detecção não invasiva da deposição de proteína tau em regiões cerebrais específicas é valiosa para a previsão e diagnóstico precoce da doença. O uso de radiotraçadores tau permite a visualização e localização dos depósitos de proteína tau no cérebro, fornecendo diagnóstico diferencial oportuno e preciso, bem como suporte valioso no rastreamento da progressão da doença e na avaliação de tratamentos clínicos experimentais ^8,9.

Vários estudos têm demonstrado uma relação entre alterações em proteínas específicas e achados funcionais ou morfológicos da^RM10,11. No entanto, há relatos limitados sobre análises combinadas usando imagens de amiloide/tau e ressonância magnética funcional¹². O novo medicamento de diagnóstico molecular ¹⁸F-AV-1451 (7-(6-[¹⁸F]fluoropiridin-3yl)-5H-pirido[4,3-b]indol) tem sido usado como agente radiodiagnóstico para detecção de proteína tau em tecido cerebral com imagem de PET. A pesquisa em imagens de PET tau ainda está em seu estágio de desenvolvimento, com apenas alguns traçadores avaliados atualmente, incluindo 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. ¹⁸O F-AV-1451 foi desenvolvido comercialmente¹⁹e foi relatado para uso em pacientes com DA²⁰, paralisia supranuclear progressiva²¹ e demência com corpos de Lewy²². O processo de radiossíntese de ¹⁸F-AV-1451 requer uma etapa de purificação complexa para garantir que o produto final atenda aos requisitos de dosagem para estudos de imagem clínica²³. Com a crescente aplicação de radiotraçadores marcados com ¹⁸F na tecnologia de imagem PET, há uma demanda crescente pela síntese e desenvolvimento de novos radiotraçadores marcados ^{com 18}F. Este estudo apresenta um método de imagem tau PET/MRI com o objetivo de fornecer informações mais detalhadas para o diagnóstico de pacientes com doença de Alzheimer.

O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética Médica local, e todos os indivíduos forneceram consentimento informado por escrito antes da participação. Todos os estudos foram conduzidos de acordo com os princípios da Declaração de Helsinque. Todos os indivíduos foram submetidos a avaliações neurológicas e neuropsicológicas por um profissional de saúde dentro de três meses antes e após a realização da imagem. Os pacientes foram incluídos com base nos critérios do National Institute on Aging-Alzheimer's Disease Association (NINCDS-ADRDA)²⁴ e dos critérios do National Institute on Aging-Alzheimer's Association (NAA)²⁵. Os detalhes dos reagentes e equipamentos usados estão listados na Tabela de Materiais.

1. ¹⁸Síntese F-AV-1451

NOTA: Siga os princípios de proteção ocupacional biológica e radiológica, bem como os princípios de descarte de resíduos médicos e radioativos, durante as operações.

1. Detalhes sintéticos
   1. Sintetize 2,5 mL de fluoreto [¹⁸F] usando a reação nuclear ¹⁸O(p, n)¹⁸F empregando um acelerador de partículas, com prótons em correntes integradas de até 45 μA bombardeando por 40 min. Adicione fluoreto [¹⁸F] ao módulo de síntese automatizada através do gasoduto de transferência, facilitado pela sobrepressão do gás hélio. Opere o módulo de síntese na ordem mostrada na Figura 1.
   2. Prenda o fluoreto [¹⁸F] em uma coluna de troca iônica (pré-ative com 1 mL de etanol e 2 mL de água) enquanto retém a água ^{de 18}O no recipiente de recuperação.
   3. Permitir que a solução de carbonato de potássio do recipiente nº 1 (Figura 1) flua através das válvulas designadas e da coluna de permuta iónica para trocar com o fluoreto [¹⁸F] e, em seguida, eluir para o recipiente de reacção. Consulte a Tabela 1 para soluções nos diferentes recipientes.
   4. Dissolva o fluoreto [¹⁸F] e um catalisador de transferência de fase à base de criptanda pré-carregado no recipiente nº 2 no recipiente de reação.
   5. Abra a válvula designada. Submeter a mistura de reação a destilação a vácuo sob sopro de nitrogênio a 85 °C por 8 min, seguido de sopro de nitrogênio a 110 °C por 4 min para eliminar a água residual.
   6. Adicione o precursor do recipiente nº 3 ao recipiente nº 12 e aqueça a 130 °C por 10 min. A radiossíntese de ¹⁸F-AV-1451 é mostrada na Figura 2.
   7. Resfrie a mistura de reação a 50 °C e, em seguida, abra as válvulas designadas para restaurar a pressão atmosférica.
   8. Lave a mistura de reação no recipiente nº 14 usando um volume de 3 mL de fase móvel de HPLC (solução aquosa de etanol a 25%, pH ajustado para 2,0) proveniente dos recipientes nº 5 e nº 6. Abra as válvulas designadas para permitir a entrada da mistura no circuito de HPLC sob pressão de hélio.
      1. Introduzir o produto na coluna semi-preparativa de HPLC e eluir com a fase móvel a um caudal de 5 ml/min. Observar o eluente utilizando contadores UV (λ = 254 nm) e de radioactividade.
   9. Recolha o produto no balão de fundo redondo através da válvula designada.
   10. Aprisionar e reter o produto dentro da coluna C18 (ativado por 5 mL de etanol e 10 mL de água).
   11. Abra a válvula designada, lave a coluna com água do recipiente nº 9 no recipiente de resíduos e, em seguida, enxágue no frasco do produto com a solução dos recipientes nº 8 e nº 7.
   12. Passe ¹⁸F-AV-1451 através de uma membrana de filtro de líquido de 0.22 μm para o frasco de coleta na célula quente dispensadora sob pressão de hélio.
2. Controle de qualidade
   NOTA: Realize o controle de qualidade em três lotes consecutivos do produto. Certifique-se de que o controle de qualidade do produto atenda aos critérios da edição de 2020 da Farmacopeia da República Popular da China (consulte a Tabela de Materiais).
   1. Realize uma inspeção visual colocando o produto atrás do vidro de chumbo e inspecionando a cor e a clareza.
   2. Determine o valor do pH do produto usando papel de teste de pH de precisão.
   3. Utilizar HPLC para analisar a pureza radioquímica do produto ^8,16.
   4. Analisar a pureza nuclear radioativa do produto utilizando o método do espectrômetro gama¹⁷.
   5. Medir a meia-vida do produto com precisão de acordo com a Farmacopeia da República Popular da China¹³.
   6. Aplique uma pressão de 0.34 MPa na membrana do filtro estéril (etapa 1.1.12) para testar sua vedação e integridade.
   7. Realize testes de esterilidade e endotoxina usando cultura bacteriana e o método do reagente do caranguejo-ferradura²³.
   8. Testar o resíduo do catalisador de transferência de fase baseado em criptandos utilizando o método do iodoplatinato de potássio. Analisar o teor de acetona, acetonitrila e DMSO no produto por meio de cromatógrafo gasoso ^8,16.
      NOTA: Certifique-se de que nenhum outro pico apareça, exceto 0.511 MeV e 1.022 MeV.

2. Diretrizes de pré-exame

NOTA: Os participantes foram incluídos se tivessem uma preocupação atual em relação a uma mudança na cognição e exibissem comprometimento em um ou mais domínios cognitivos, mantendo a independência nas habilidades funcionais²⁵. A elegibilidade exigia uma pontuação no Mini-Exame do Estado Mental (MEEM) entre 0 e 20 e positividade para proteína amiloide, confirmada por uma relação Aβ42 ou Aβ42/Aβ40 anormal do líquido cefalorraquidiano (LCR) ou uma tomografia por emissão de pósitrons (PET) amilóide positiva ^6,20. Os critérios de exclusão abrangeram o diagnóstico de doença vascular, depressão, traumatismo cranioencefálico, transtornos psicóticos ou outras condições associadas ao declínio cognitivo⁵. Participantes com contraindicações a marca-passos, substâncias ferromagnéticas ou objetos estranhos que representassem risco de mobilidade, bem como aqueles incapazes de se submeter a imagens de ressonância magnética, foram excluídos. Critérios de exclusão adicionais incluíram intolerância ao contraste de gadolínio e presença de insuficiência renal grave²¹.

1. Instrua os indivíduos a abster-se de álcool, cafeína, medicação ou qualquer exercício ou atividade extenuante por 24 horas antes do estudo. Mantenha um estado fisiológico estável (por exemplo, biorritmos, tarefas de função cerebral) para garantir a precisão dos dados.
2. Permita que os indivíduos consumam água e alimentos antes do exame, pois eles não interferem na imagem tau PET/RM.
3. Interrompa os medicamentos relacionados à neurologia por pelo menos 12 h antes da aquisição de imagens.
4. Aconselhe os sujeitos a evitar o uso de joias de metal ou roupas com botões ou zíperes de metal no dia do exame.
   NOTA: Certifique-se de que o paciente esteja acompanhado por um membro da família, traga registros de exames anteriores e informe a equipe médica sobre o uso de medicamentos.

3. Preparação para digitalização

1. Verifique o formulário de inscrição para confirmar as informações gerais, a finalidade do exame e o programa. Certifique-se de que todos os preparativos necessários foram concluídos. Registre-se e arquive os detalhes.
2. Obtenha consentimento informado para imagens PET/RM do sujeito ou de um membro da família. Informe o sujeito sobre o propósito, procedimento, riscos e benefícios.
3. Realize uma revisão detalhada do histórico médico, registre a altura, o peso e a concentração sanguínea do sujeito e confirme a ausência de contra-indicações ao exame de ressonância magnética.
4. Estabeleça uma linha intravenosa em uma veia superficial periférica ou acesse um cateter de porta.
5. Antes de administrar ¹⁸F-AV-1451, verifique todas as informações novamente para evitar erros.
6. Injete ¹⁸F-AV-1451 a 3,7-5,5 MBq/kg lentamente através do acesso intravenoso. Lave o tubo com uma quantidade adequada de solução salina para minimizar o resíduo do traçador radioativo. Aplique compressão no local da injeção para evitar vazamento de fluido.
7. Registre o tempo de injeção, local e atividade.
8. Depois de completar a injeção, inicie o fechamento audiovisual. Diminua as luzes na espera
   e regular a temperatura para cerca de 22 °C. Instrua o sujeito a descansar na cama com os olhos fechados por 80 min, evitando falar, comer ou mastigar durante esse período.

4. Varredura PET/MRI

1. Instrua o sujeito e o acompanhante a remover todos os objetos metálicos, incluindo telefones celulares, capacetes, dentaduras, óculos, relógios, carteiras e moedas, antes do exame. Não permita cadeiras de rodas, macas, camas de exame, cilindros de oxigênio ou equipamentos de monitoramento na sala de exames.
2. Forneça tampões de ouvido ao sujeito e posicione-o em decúbito dorsal na mesa de PET/MRI com uma bobina de cabeça/pescoço envolvendo a região cervical. Use um apoio de cabeça especializado ou esponja para estabilizar a cabeça, minimizando o movimento e garantindo conforto.
   NOTA: Administre uma dose apropriada de medicação sedativa, se necessário, com base na avaliação neurológica.
3. Posicione o assunto com os braços para baixo e instrua-o a usar o dispositivo de alarme em caso de desconforto.
4. Revise as imagens para confirmar se a cabeça está centralizada no scanner, alinhada com o centro da bobina e posicionada consistentemente em relação ao pescoço.
5. Use uma bobina de união de cabeça e pescoço de 8 canais para geração de imagens.
6. Adquira sequências volumétricas cerebrais 3D ponderadas em T1 com alta resolução e alta relação sinal-ruído (SNR) usando uma sequência recuperada de gradiente estragado. Defina os seguintes parâmetros:
   1. Tempo de repetição (TR) = 8,5 ms; Tempo de eco (TE) = 3,2 ms; Tempo de inversão (TI) = 450 ms; Ângulo de inversão = 12°; Tamanho do voxel = 1 × 1 × 1 mm³; Campo de visão (FOV) = 256 mm; Tamanho da matriz = 256 × 256; Espessura da fatia = 1 mm.
   2. Adquira sequências axiais ponderadas em T2 do PROHLER com os seguintes parâmetros: TR = 6837 ms; TE = 132 ms; Ângulo de inversão = 142°; FOV = 240 mm; Tamanho da matriz = 416 × 416; Espessura da fatia = 5 mm.
      NOTA: A tomografia por emissão de pósitrons usa uma única posição de leito, cobrindo todo o cérebro, desde o forame magno até o topo do crânio.
7. Adquira imagens PET de 20 minutos simultaneamente.
8. Execute a digitalização PET no modo de aquisição 3D.
9. Use varredura volumétrica para imagens PET.
10. Realize a correção da atenuação da imagem de RM usando uma sequência de pulso de tempo de eco zero (ZTE) para segmentar osso, ar e tecidos moles.
11. Adquira dados PET usando a maximização da expectativa de subconjunto ordenado por tempo de voo (OSEM) para reconstrução de imagens^20,23. Use os seguintes parâmetros:
    1. Tamanho da matriz = 192 × 192; 28 subconjuntos com 6 iterações; FOV = 350 × 350 mm; Largura total na metade do máximo (FWHM) = 3,0 mm.
12. Calcular o valor de absorção normalizado (SUV) utilizando a fórmula^20,23:
    SUV = (Atividade da esfera (Bq/ml) × Peso corporal (kg)) / Dose injetada.

5. Interpretação de imagem

1. Avalie visualmente todas as imagens de PET/RM de forma independente por pelo menos dois médicos experientes em medicina nuclear cegos para o diagnóstico clínico.
2. Identifique os lobos cerebrais que exibem alterações estruturais anormais e deposição de proteínas.
3. Repita a avaliação visual até que um consenso final seja alcançado.
4. Defina uma "varredura positiva" como um aumento da captação de ¹⁸F-AV-1451 em qualquer ou todas as regiões corticais. Defina uma "varredura negativa" como a ausência de captação de ¹⁸F-AV-1451 em todas as regiões corticais.
5. Definir atrofia no lobo temporal medial, particularmente no hipocampo na RM, como neurodegeneração^20,25.

¹⁸Resultados da síntese do F-AV-1451
A síntese em uma etapa de ¹⁸F-AV-1451 sob condições de reação otimizadas aumentou o rendimento de síntese para 25,7% ± 5,8%. O tempo total de reação foi de 70 min. Um espectro típico de HPLC e UV semipreparativo é mostrado na Figura 3, onde o pico 2 representa o pico do produto.

Resultados do teste de qualidade
Por três ...

Neste manuscrito metodológico, introduzimos uma radiossíntese atualizada de ¹⁸F-AV-1451 para imagens de PET tau e as técnicas para aquisição de imagens de PET/MRI ^{de 18}F-AV-1451, e fornecemos a utilidade potencial de ¹⁸F-AV-1451 PET/MR para avaliar a DA. A TC ou RM convencional do cérebro geralmente fornece avaliação estrutural anatômica macroscópica, o que limita a avaliação da progressão da doença e a previsão do prognóstico. O PET é um...

Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Este trabalho foi apoiado por doações do Plano Chave de Pesquisa e Desenvolvimento da Província de Liaoning (2019JH/10300010) e do Programa de Pesquisa Básica Aplicada da Província de Liaoning (2022JH2/101500011).