Гибридная ПЭТ/МРТ визуализация болезни Альцгеймера на основе ¹⁸F-AV-1451

Этот протокол описывает использование ¹⁸F-AV-1451 ПЭТ/МРТ для выявления патологии тау-белка и нейродегенерации, помогая неврологам диагностировать болезнь Альцгеймера, оценивать ее тяжесть и получать представление о ее прогрессировании и основных патологических механизмах.

Болезнь Альцгеймера (БА) — это прогрессирующее и необратимое нейродегенеративное расстройство, характеризующееся когнитивной дисфункцией, снижением повседневных жизненных способностей и поведенческими изменениями, что накладывает значительное экономическое и социальное бремя во всем мире. Одним из основных патологических признаков БА является накопление нейрофибриллярных клубков, образованных гиперфосфорилированным тау-белком. Позитронно-эмиссионная томография/магнитно-резонансная томография (ПЭТ/МРТ) предоставляет подробную структурную и функциональную информацию, а также конкретные распределения белков, что делает ее все более ценным инструментом для диагностики и исследования болезни Альцгеймера. ¹⁸F-AV-1451 — это радиоиндикатор, специально разработанный для обнаружения тау-белка при ПЭТ-визуализации тканей головного мозга. В этом исследовании представлен подробный протокол радиосинтеза ¹⁸F-AV-1451, подготовки пациента, методов получения изображений ПЭТ/МРТ и его потенциального применения в оценке болезни Альцгеймера. ¹⁸ПЭТ/МРТ F-AV-1451 может помочь неврологам в диагностике болезни Альцгеймера, оценке тяжести заболевания и получении представления о его патологических механизмах. В заключение, этот протокол обеспечивает чувствительный, всеобъемлющий и неинвазивный подход к оценке болезни Альцгеймера, предлагая ценную информацию о прогрессировании заболевания и патологии.

Болезнь Альцгеймера (БА) – это прогрессирующее и необратимое нейродегенеративное заболевание. Пациенты обычно испытывают когнитивную дисфункцию, снижение способности к повседневной жизни и поведенческие изменения. В связи с ускорением старения населения во всем мире болезнь Альцгеймера стала серьезной проблемой общественного здравоохранения. В настоящее время более 50 миллионов человек во всем мире живут с болезнью Альцгеймера. Ожидается, что к 2050 году распространенность деменции во всем мире увеличится в три^раза1. Примерно 10,8% людей в возрасте 65 лет и старше страдают деменцией Альцгеймера. Распространенность болезни Альцгеймера составляет около 5% у лиц в возрасте от 65 до 74 лет, увеличиваясь до 33,3% у лиц в возрасте 85 лет и старше, что делает ее одной из ведущих причин смерти среди пожилых^людей2. Как только у пациента развивается болезнь Альцгеймера, это ложится значительным бременем на семью³. Из-за его коварного начала пациенты часто упускают оптимальное окно для лечения после постановки диагноза. Его раннее выявление остается глобальной проблемой⁴, так как точная этиология до сих пор до конца не изучена ^5,6. Учитывая сложную этиологию и пути влияния на болезнь Альцгеймера, существует острая необходимость в более точных и ранних стратегиях диагностики.

Традиционные методы визуализации, такие как компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ), используются для наблюдения за атрофией или другими структурными изменениями в мозге, которые могут способствовать когнитивным нарушениям. МРТ, в частности, обеспечивает лучший контраст мягких тканей, чем КТ, и предоставляет информацию о биологии опухоли, не подвергая пациентов воздействию ионизирующего излучения, что делает ее предпочтительным методом визуализации для большинства неврологических расстройств⁶. МРТ является мощным методом визуализации, который не только предоставляет подробную макроскопическую анатомическую информацию, но и включает в себя различные методы функциональной визуализации, такие как функциональная магнитно-резонансная томография в крови, зависящая от уровня кислорода в крови (БОЛД фМРТ), которая может быть использована для наблюдения за функциональной^{активностью} мозга. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — это неинвазивный метод молекулярной визуализации, который позволяет проводить обширный полуколичественный анализ биологических процессов в мозге человека. Гибридная ПЭТ/МРТ может иметь преимущества по сравнению с другими методами визуализации для диагностики болезни Альцгеймера⁷, поскольку использование широкого спектра индикаторов ПЭТ может предоставить дополнительную физиологическую информацию в дополнение к анатомическим изображениям МРТ ^8,9.

Нейрофибриллярные клубки, образованные гиперфосфорилированием тау-белка, являются одним из патологических признаков БА, тесно связанных с началом нейродегенерации и проявлением клинических симптомов как в пространственном, так и во временном плане⁶. Тау-белок является наиболее распространенным белком, ассоциированным с микротрубочками, in vivo и преобладает как в периферической, так и в центральной нервной системе. Патологическое прогрессирование тау-белка сильно коррелирует со степенью когнитивных нарушений и может служить терапевтической мишенью для пациентов с БА⁷. Неинвазивное обнаружение отложения тау-белка в определенных областях мозга имеет важное значение для раннего прогнозирования и диагностики заболевания. Использование тау-радиоиндикаторов позволяет визуализировать и локализовать отложения тау-белка в головном мозге, обеспечивая своевременную и точную дифференциальную диагностику, а также оказывать ценную поддержку в отслеживании прогрессирования заболевания и оценке экспериментальных клинических методов лечения ^8,9.

Несколько исследований продемонстрировали связь между изменениями в конкретных белках и функциональными или морфологическими результатами МРТ^10,11. Тем не менее, имеются ограниченные сообщения о комбинированных анализах с использованием амилоидной/тау-визуализации и функциональной МРТ¹². Новый молекулярный диагностический препарат ¹⁸F-AV-1451 (7-(6-[¹⁸F]фторпиридин-3ил)-5H-пиридо[4,3-b]индол) был использован в качестве радиодиагностического средства для обнаружения тау-белка в ткани головного мозга, полученной с помощью ПЭТ. Исследования в области визуализации тау-ПЭТ все еще находятся на стадии разработки, и в настоящее время оцениваются лишь некоторые индикаторы, в том числе ¹⁸F-T807 (¹⁸F-AV-1451), ¹⁸F-T808 (¹⁸F-AV-680)¹³, ¹¹C-PBB3¹⁴, ¹⁸F-THK-5117¹⁵, ¹⁸F-THK-523¹⁶ и ¹⁸F-THK-5105^17,18. ¹⁸F-AV-1451 был коммерчески разработан¹⁹и, как сообщалось, используется у пациентов с AD²⁰, прогрессирующим надъядерным параличом²¹ и деменцией с тельцами Леви²². Процесс радиосинтеза F-AV-1451 требует сложной стадии очистки, чтобы гарантировать, что конечный продукт соответствует требованиям к дозировке для клинических визуализирующих исследований²³. В связи с расширением применения ¹⁸F-меченых радиоиндикаторов в технологии ПЭТ-визуализации растет спрос на синтез и разработку новых ¹⁸F-меченых радиоиндикаторов. В данном исследовании представлен метод тау-визуализации ПЭТ/МРТ, направленный на предоставление более подробной информации для диагностики пациентов с болезнью Альцгеймера.

Исследование было одобрено местным Комитетом по медицинской этике, и все испытуемые предоставили письменное информированное согласие до начала участия. Все исследования проводились в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Все субъекты прошли неврологические и нейропсихологические обследования со стороны медицинского работника в течение трех месяцев до и после визуализации. Пациенты были включены в исследование на основе критериев²⁴ Национального института по проблемам старения и Ассоциации болезни Альцгеймера (NINCDS-ADRDA) и²⁵ критериев Национального института по проблемам старения и Ассоциации Альцгеймера (NAA). Подробная информация об используемых реагентах и оборудовании приведена в Таблице материалов.

1. ^{Синтез 18}F-AV-1451

ПРИМЕЧАНИЕ: Соблюдайте принципы биологической и радиологической защиты труда, а также принципы утилизации медицинских и радиоактивных отходов во время производственной деятельности.

1. Синтетические детали
   1. Синтезировать 2,5 мл фторида [¹⁸F] с помощью ядерной реакции ¹⁸O(p, n)¹⁸F с помощью ускорителя частиц, при этом протоны с интегральными токами до 45 мкА бомбардируют в течение 40 мин. Добавьте фторид [¹⁸F] в модуль автоматизированного синтеза через передаточный трубопровод, чему способствует избыточное давление газообразного гелия. Управляйте модулем синтеза в порядке, показанном на рисунке 1.
   2. Улавливайте фторид [¹⁸F] в ионообменной колонке (предварительно активируйте 1 мл этанола и 2 мл воды) с сохранением ¹⁸O воды в резервуаре для восстановления.
   3. Дайте раствору карбоната калия из сосуда No 1 (рис. 1) протечь через специальные клапаны и ионообменную колонну для обмена с фторидом [¹⁸F], затем вымывайте в реакционный сосуд. В таблице 1 приведены решения для различных судов.
   4. Растворите фторид [¹⁸F] и катализатор фазового переноса на основе криптанда, предварительно загруженные в сосуд No 2 в реакционном сосуде.
   5. Откройте предназначенный для этого клапан. Подвергнуть реакционную смесь вакуумной дистилляции под обдувом азотом при 85 °C в течение 8 мин с последующей обдувкой азотом при 110 °C в течение 4 мин для удаления остатков воды.
   6. Добавьте прекурсор из сосуда No 3 в сосуд No 12 и нагревайте до 130 °C в течение 10 минут. Радиосинтез ¹⁸F-AV-1451 показан на рисунке 2.
   7. Охладите реакционную смесь до 50 °C, затем откройте предназначенные для этого клапаны для восстановления атмосферного давления.
   8. Промыть реакционную смесь в сосуд No14 объемом 3 мл подвижной фазы ВЭЖХ (25% водный раствор этанола, pH отрегулирован до 2,0), полученной из сосудов No5 и No6. Откройте специальные клапаны, чтобы обеспечить попадание смеси в контур ВЭЖХ под давлением гелия.
      1. Ввести продукт в полупрепаративную колонну ВЭЖХ и элюировать подвижной фазой со скоростью потока 5 мл/мин. Наблюдайте за элюентом с помощью УФ-излучения (λ = 254 нм) и счетчиков радиоактивности.
   9. Соберите продукт в колбу с круглым дном с помощью специального клапана.
   10. Захватите и удерживайте продукт в колонке C18 (активируется 5 мл этанола и 10 мл воды).
   11. Откройте предназначенный клапан, промойте колонну водой из емкости No9 в контейнер для отходов, а затем промойте в бутылку с продуктом раствором из емкостей No8 и No7.
   12. Пропустите ¹⁸F-AV-1451 через фильтрующую мембрану жидкости 0,22 мкм в сборный флакон в дозирующей горячей камере под давлением гелия.
2. Контроль качества
   ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните контроль качества трех последовательных партий продукта. Убедитесь, что контроль качества продукта соответствует критериям Фармакопеи Китайской Народной Республики издания 2020 года (см. Таблицу материалов).
   1. Проведите визуальный осмотр, поместив изделие за свинцовое стекло и проверив цвет и прозрачность.
   2. Определите значение pH продукта с помощью прецизионной бумаги для измерения pH.
   3. Используйте ВЭЖХ для анализа радиохимической чистоты продукта ^8,16.
   4. Анализ радиоактивной ядерной чистоты изделия с помощью метода гамма-спектрометра¹⁷.
   5. Точно измерьте период полувыведения продукта в соответствии с Фармакопеей Китайской Народной Республики¹³.
   6. Подайте давление 0,34 МПа на стерильную фильтрующую мембрану (шаг 1.1.12) для проверки ее герметичности и целостности.
   7. Проведение тестов на стерильность и эндотоксины с использованием бактериальной культуры и метода реагентов мечехвоста²³.
   8. Испытайте остаток катализатора фазового переноса на основе криптанда методом йодоплатината калия. Анализ содержания ацетона, ацетонитрила и ДМСО в продукте проводят с помощью газового хроматографа ^8,16.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что нет других пиков, кроме 0,511 МэВ и 1,022 МэВ.

2. Рекомендации по предварительному обследованию

Примечание: Участники включались в исследование в том случае, если у них были опасения по поводу изменения когнитивных способностей и они проявляли нарушения в одной или нескольких когнитивных областях, сохраняя при этом независимость в^{функциональных способностях}. Для участия в программе необходимо набрать от 0 до 20 баллов по результатам мини-обследования психического состояния (MMSE) и положительный результат на амилоидный белок, подтвержденный аномальным соотношением Aβ42 или Aβ42/Aβ40 в спинномозговой жидкости (СМЖ) или положительным результатом амилоидной позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) ^6,20. Критерии исключения включали диагноз сосудистых заболеваний, депрессии, черепно-мозговой травмы, психотических расстройств или других состояний, связанных^{со снижением} когнитивных функций. Участники с противопоказаниями к кардиостимуляторам, ферромагнитным веществам или инородным телам, представляющим опасность для подвижности, а также те, кто не смог пройти МРТ, были исключены. Дополнительные критерии исключения включали непереносимость гадолиниевых контрастных веществ и наличие тяжелой почечной недостаточности²¹.

1. Проинструктируйте испытуемых воздерживаться от алкоголя, кофеина, лекарств или любых интенсивных физических упражнений или активности в течение 24 часов до исследования. Поддерживайте стабильное физиологическое состояние (например, биоритмы, задачи функции мозга) для обеспечения точности данных.
2. Перед исследованием позвольте пациентам употреблять воду и пищу, так как они не мешают проведению ПЭТ/МРТ тау-инфекции.
3. Перед визуализацией следует прекратить прием неврологических препаратов не менее чем за 12 часов.
4. Посоветуйте субъектам избегать ношения металлических украшений или одежды с металлическими пуговицами или молниями в день обследования.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что пациента сопровождает член семьи, он имеет при себе записи о предыдущих обследованиях и информирует медицинский персонал об использовании лекарств.

3. Подготовка к сканированию

1. Проверьте форму заявки, чтобы подтвердить общую информацию, цель экзамена и программу. Убедитесь, что все необходимые приготовления завершены. Зарегистрируйтесь и сохраните данные.
2. Получите информированное согласие на проведение ПЭТ/МРТ визуализации от пациента или члена его семьи. Проинформируйте субъекта о цели, процедуре, рисках и преимуществах.
3. Провести подробный обзор истории болезни, зафиксировать рост, вес и концентрацию крови субъекта, подтвердить отсутствие противопоказаний к МР-обследованию.
4. Установите внутривенную капельницу в периферической поверхностной вене или получите доступ к порт-катетеру.
5. Перед введением ¹⁸F-AV-1451 еще раз проверьте всю информацию, чтобы избежать ошибок.
6. Медленно введите ¹⁸F-AV-1451 в дозе 3,7-5,5 МБк/кг через внутривенный доступ. Промойте трубку соответствующим количеством физиологического раствора, чтобы свести к минимуму остаток радиоактивных индикаторов. Нанесите компрессию на место инъекции, чтобы предотвратить утечку жидкости.
7. Запишите время инъекции, место и действия.
8. После завершения инъекции инициируйте аудиовизуальное закрытие. Приглушите свет в ожидании
   комнате и установите температуру примерно 22 °C. Проинструктируйте субъекта отдохнуть в постели с закрытыми глазами в течение 80 минут, избегая разговоров, еды или жевания в течение этого периода.

4. ПЭТ/МРТ сканирование

1. Проинструктируйте испытуемого и сопровождающего убрать все металлические предметы, включая мобильные телефоны, головные уборы, зубные протезы, очки, часы, кошельки и монеты, перед обследованием. Не допускайте в смотровой кабинет инвалидных колясок, носилок, смотровых кроватей, кислородных баллонов или оборудования для мониторинга.
2. Предоставьте испытуемому беруши и расположите их лежа на столе для ПЭТ/МРТ с катушкой для головы/шеи, охватывающей шейный отдел. Используйте специализированный подголовник или губчатую подушечку, чтобы стабилизировать голову, сводя к минимуму движения и обеспечивая комфорт.
   ПРИМЕЧАНИЕ: При необходимости введите соответствующую дозу седативного препарата на основании неврологической оценки.
3. Расположите субъекта с опущенными руками и проинструктируйте его использовать сигнализатор в случае дискомфорта.
4. Просмотрите изображения, чтобы убедиться, что головка в сканере центрирована, выровнена по центру катушки и расположена последовательно относительно шеи.
5. Используйте 8-канальную соединительную катушку головы и шеи для визуализации.
6. Получение объемных T1-взвешенных последовательностей 3D-мозга с высоким разрешением и высоким отношением сигнал/шум (SNR) с использованием испорченной последовательности с градиентным вызовом. Задайте следующие параметры:
   1. Время повторения (TR) = 8,5 мс; Время эхо-сигнала (TE) = 3,2 мс; Время инверсии (TI) = 450 мс; Угол откидывания = 12°; Размер вокселя = 1 × 1 × 1 мм³; Поле зрения (FOV) = 256 мм; Размер матрицы = 256 × 256; Толщина ломтика = 1 мм.
   2. Получение осевых Т2-взвешенных последовательностей PROPELLER со следующими параметрами: TR = 6837 мс; TE = 132 мс; Угол откидывания = 142°; FOV = 240 мм; Размер матрицы = 416 × 416; Толщина ломтика = 5 мм.
      ПРИМЕЧАНИЕ: При ПЭТ-сканировании используется односпальное положение, охватывающее весь мозг от большого затылочного отверстия до верхней части черепа.
7. Одновременная съемка 20-минутных изображений ПЭТ.
8. Выполняйте сканирование ПЭТ в режиме 3D-сканирования.
9. Используйте объемное сканирование для ПЭТ-визуализации.
10. Выполняйте коррекцию затухания с помощью МР-томографии с использованием последовательности импульсов с нулевым временем эха (ZTE) для сегментации костей, воздуха и мягких тканей.
11. Получение данных ПЭТ с использованием упорядоченного подмножества максимизации времени пролета (OSEM) для реконструкции изображений^20,23. Используйте следующие параметры:
    1. Размер матрицы = 192 × 192; 28 подмножеств с 6 итерациями; FOV = 350 × 350 мм; По всей ширине в половину максимума (FWHM) = 3,0 мм.
12. Рассчитаем нормированное значение поглощения (SUV) по формуле ^20,23:
    SUV = (Активность сферы (Бк/мл) × Масса тела (кг)) / Введенная доза.

5. Интерпретация изображений

1. Визуальная оценка всех изображений ПЭТ/МРТ независимо друг от друга, по крайней мере, двумя опытными врачами ядерной медицины, слепыми к клиническому диагнозу.
2. Определите доли мозга с аномальными структурными изменениями и отложением белка.
3. Повторяйте визуальную оценку до тех пор, пока не будет достигнут окончательный консенсус.
4. Определите «положительное сканирование» как повышенное поглощение ¹⁸F-AV-1451 в любой или во всех областях коры головного мозга. Определите «отрицательное сканирование» как отсутствие поглощения ¹⁸F-AV-1451 во всех областях коры головного мозга.
5. Определите атрофию в медиальной височной доле, в частности в гиппокампе на МРТ, как нейродегенерацию^20,25.

¹⁸Результаты синтеза F-AV-1451
Одностадийный синтез ¹⁸F-AV-1451 в оптимизированных условиях реакции позволил увеличить выход синтеза до 25,7% ± 5,8%. Общее время реакции составило 70 мин. Типичный полупрепаративный спектр ВЭЖХ и УФ-излучения показан на

В данной методической рукописи мы представили обновленный радиосинтез ¹⁸F-AV-1451 для визуализации тау-ПЭТ и методы получения изображений ПЭТ/МРТ ¹⁸F-AV-1451, а также показали потенциальную полезность ¹⁸F-AV-1451 ПЭТ/МРТ для оценки болезни Альцгеймера. Традиционн...

Авторы не могут заявить о конфликте интересов.

Эта работа была поддержана грантами от Ключевого плана исследований и разработок провинции Ляонин (2019JH/10300010) и Программы прикладных фундаментальных исследований провинции Ляонин (2022JH2/101500011).