Alzheimer Hastalığının ¹⁸F-AV-1451'e Dayalı Hibrid PET/MRI Görüntülemesi

Bu protokol, tau patolojisini ve nörodejenerasyonu ortaya çıkarmak, nörologlara Alzheimer hastalığını teşhis etmede, şiddetini değerlendirmede ve ilerlemesi ve altta yatan patolojik mekanizmalar hakkında bilgi edinmede yardımcı olmak için ¹⁸F-AV-1451 PET/MRG'nin kullanımını açıklar.

Alzheimer hastalığı (AH), kognitif disfonksiyon, günlük yaşam yeteneklerinde azalma ve davranış değişiklikleri ile karakterize, dünya çapında önemli bir ekonomik ve sosyal yük getiren, ilerleyici ve geri dönüşü olmayan bir nörodejeneratif hastalıktır. AD'nin birincil patolojik özelliklerinden biri, hiperfosforile tau proteini tarafından oluşturulan nörofibriler yumakların birikmesidir. Pozitron emisyon tomografisi/manyetik rezonans görüntüleme (PET/MRG), spesifik protein dağılımları ile birlikte ayrıntılı yapısal ve fonksiyonel bilgiler sağlayarak Alzheimer tanısı ve araştırması için giderek daha değerli bir araç haline gelir. ¹⁸F-AV-1451, beyin dokusunun PET görüntülemesinde tau proteini tespiti için özel olarak tasarlanmış bir radyoizleyicidir. Bu çalışma, ¹⁸F-AV-1451'in radyosentezi, hasta hazırlığı, PET/MRG görüntü elde etme teknikleri ve AD değerlendirmesindeki potansiyel uygulamaları için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır. ¹⁸F-AV-1451 PET/MRG, nörologlara AD'yi teşhis etmede, hastalık şiddetini değerlendirmede ve patolojik mekanizmaları hakkında bilgi edinmede yardımcı olabilir. Sonuç olarak, bu protokol AH'nin değerlendirilmesi için hassas, kapsamlı ve non-invaziv bir yaklaşım sağlayarak hastalığın ilerlemesi ve patolojisi hakkında değerli bilgiler sunar.

Alzheimer hastalığı (AH) ilerleyici ve geri dönüşümsüz bir nörodejeneratif hastalıktır. Hastalar tipik olarak bilişsel işlev bozukluğu, günlük yaşam yeteneklerinde azalma ve davranış değişiklikleri yaşarlar. Hızlanan küresel yaşlanan nüfusla birlikte, Alzheimer hastalığı önemli bir halk sağlığı sorunu haline geldi. Şu anda dünya çapında 50 milyondan fazla insan AD ile yaşıyor. 2050 yılına kadar, demans prevalansının küresel olarak üç katına çıkması bekleniyor¹. 65 yaş ve üstü bireylerin yaklaşık %10,8'inde Alzheimer demansı vardır. AD prevalansı 65 ila 74 yaş arası bireylerde yaklaşık% 5 iken, 85 yaş ve üstü kişilerde% 33,3'e yükselmekte ve bu da onu yaşlılar arasında önde gelen ölüm nedenlerinden biri haline getirmektedir². Bir hastada AH geliştiğinde, aileye önemli bir yük getirir³. Sinsi başlangıcı nedeniyle, hastalar genellikle tanı konulduktan sonra tedavi için en uygun pencereyi kaçırırlar. Erken tespiti küresel bir zorluk olmaya devam etmektedir⁴, çünkü kesin etiyoloji hala tam olarak anlaşılamamıştır ^5,6. AH'yi etkileyen karmaşık etiyoloji ve yolaklar göz önüne alındığında, daha doğru ve erken tanı stratejilerine acil ihtiyaç vardır.

Bilgisayarlı tomografi (BT) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) gibi geleneksel görüntüleme yöntemleri, beyindeki atrofi veya diğer yapısal değişiklikleri gözlemlemek için kullanılır ve bu da bilişsel bozukluğa katkıda bulunabilir. Özellikle MRG, BT'den daha iyi yumuşak doku kontrastı sağlar ve hastaları iyonlaştırıcı radyasyona maruz bırakmadan tümör biyolojisi bilgisi sunar, bu da onu çoğu nörolojik bozukluk için tercih edilen görüntüleme yöntemi haline getirir⁶. MRG, sadece ayrıntılı makroskopik anatomik bilgi sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda fonksiyonel beyin aktivitesini gözlemlemek için kullanılabilen kan oksijen seviyesine bağlı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (BOLD fMRI) gibi çeşitli fonksiyonel görüntüleme yöntemlerini de içeren güçlü bir görüntüleme tekniğidir⁶. Pozitron emisyon tomografisi (PET), insan beynindeki biyolojik süreçlerin kapsamlı yarı kantitatif analizini sağlayan non-invaziv bir moleküler görüntüleme yöntemidir. Hibrit PET/MRG, AD tanısı için diğer görüntüleme tekniklerine göre avantajlar sunabilir⁷, çünkü çok çeşitli PET izleyicilerin kullanımı anatomik MRG görüntülerini tamamlamak için ek fizyolojik bilgiler sağlayabilir ^8,9.

Tau proteininin hiperfosforilasyonu ile oluşan nörofibriler yumaklar, nörodejenerasyonun başlangıcı ve hem mekansal hem de zamansal olarak klinik semptomların tezahürü ile yakından ilişkili olan AD'nin patolojik özelliklerinden biridir⁶. Tau proteini, in vivo olarak en bol bulunan mikrotübül ile ilişkili proteindir ve hem periferik hem de merkezi sinir sistemlerinde yaygındır. Tau'nun patolojik ilerlemesi, bilişsel bozukluğun derecesi ile güçlü bir şekilde ilişkilidir ve AD hastaları için terapötik bir hedef olarak hizmet etme potansiyeline sahiptir⁷. Belirli beyin bölgelerinde tau protein birikiminin non-invaziv tespiti, hastalığın erken tahmini ve teşhisi için değerlidir. Tau radyoizleyicilerin kullanımı, beyindeki tau proteini birikintilerinin görselleştirilmesini ve lokalizasyonunu sağlayarak zamanında ve doğru ayırıcı tanı sağlamanın yanı sıra hastalığın ilerlemesinin izlenmesinde ve deneysel klinik tedavilerin değerlendirilmesinde değerli destek sağlar ^8,9.

Birçok çalışma, spesifik proteinlerdeki değişiklikler ile fonksiyonel veya morfolojik MRG bulguları arasında bir ilişki olduğunu göstermiştir^10,11. Bununla birlikte, amiloid/tau görüntüleme ve fonksiyonel MRG¹² kullanılarak yapılan kombine analizler hakkında sınırlı rapor bulunmaktadır. Yeni moleküler tanı ilacı ¹⁸F-AV-1451 (7- (6- [¹⁸F] floropiridin-3il) -5H-piridon [4,3-b] indol), PET ile görüntülenen beyin dokusunda tau proteini tespiti için radyodiagnostik bir ajan olarak kullanılmıştır. ¹⁸F-T807 (¹⁸F-AV-1451), ¹⁸F-T808 (¹⁸F-AV-680)¹³, ¹¹C-PBB3¹⁴, ¹⁸F-THK-5117¹⁵, ¹⁸F-THK-523¹⁶ ve ¹⁸F-THK-5105^17,18 dahil olmak üzere şu anda değerlendirilen sadece birkaç izleyici ile tau PET görüntüleme üzerine araştırmalar hala gelişim aşamasındadır. ¹⁸F-AV-1451 ticari olarak geliştirilmiştir¹⁹ve AD²⁰, ilerleyici supranükleer palsi²¹ ve Lewy cisimcikli^{demans 22} hastalarında kullanım için bildirilmiştir. ¹⁸F-AV-1451'in radyosentez işlemi, nihai ürünün klinik görüntüleme çalışmaları²³ için dozaj gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için karmaşık bir saflaştırma adımı gerektirir. PET görüntüleme teknolojisinde ¹⁸F etiketli radyoizleyicinin artan uygulamasıyla birlikte, yeni ¹⁸F etiketli radyo izleyicinin sentezi ve geliştirilmesi için artan bir talep var. Bu çalışmada Alzheimer hastalığı olan hastaların tanısı için daha detaylı bilgi sağlamayı amaçlayan bir tau PET/MRG görüntüleme yöntemi sunulmaktadır.

Çalışma, yerel Tıbbi Etik Komitesi tarafından onaylandı ve tüm denekler katılımdan önce yazılı bilgilendirilmiş onam verdi. Tüm çalışmalar Helsinki Bildirgesi'nin ilkelerine uygun olarak yürütülmüştür. Tüm denekler, görüntüleme öncesi ve sonrası üç ay içinde bir sağlık uzmanı tarafından nörolojik ve nöropsikolojik değerlendirmelere tabi tutuldu. Hastalar, Ulusal Yaşlanma-Alzheimer Hastalığı Derneği (NINCDS-ADRDA) kriter²⁴ ve Ulusal Yaşlanma-Alzheimer Derneği (NAA) kriter^25'e göre dahil edildi. Kullanılan reaktiflerin ve ekipmanın ayrıntıları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.

1. ¹⁸F-AV-1451 sentezi

NOT: Operasyonlar sırasında biyolojik ve radyolojik mesleki koruma ilkelerinin yanı sıra tıbbi ve radyoaktif atık bertaraf ilkelerine uyun.

1. Sentetik detaylar
   1. Bir parçacık hızlandırıcı kullanarak ¹⁸O (p, n) ¹⁸F nükleer reaksiyonu kullanarak 2.5 mL [¹⁸F] florür sentezleyin, protonlar 45 μA'ya kadar entegre akımlarda 40 dakika boyunca bombardıman eder. Helyum gazı aşırı basıncı ile kolaylaştırılan transfer boru hattı aracılığıyla otomatik sentez modülüne [¹⁸F] florür ekleyin. Sentez modülünü Şekil 1'de gösterilen sırayla çalıştırın.
   2. 18 O suyu geri kazanım kabında tutarken [¹⁸F] florürü bir iyon değişim kolonunda (1 mL etanol ve 2 mL su ile önceden etkinleştirin) hapsedin.
   3. 1 No'lu kaptan (Şekil 1) potasyum karbonat çözeltisinin [¹⁸F] florür ile değiştirmek için belirlenmiş valflerden ve iyon değişim kolonundan akmasına izin verin, ardından reaksiyon kabına elüte edin. Farklı kaplardaki çözümler için Tablo 1'e bakınız.
   4. Reaksiyon kabındaki No.2 kabına önceden yüklenmiş [¹⁸F] florürü ve kriptand bazlı bir faz transfer katalizörünü çözün.
   5. Belirlenen vanayı açın. Reaksiyon karışımını, 8 dakika boyunca 85 ° C'de nitrojen üfleme altında vakumlu damıtmaya tabi tutun, ardından kalan suyu gidermek için 110 ° C'de 4 dakika nitrojen üflemeye tabi tutun.
   6. Öncüyü No.3 kabından No.12 kabına ekleyin ve 10 dakika boyunca 130 ° C'ye ısıtın. ¹⁸F-AV-1451'in radyosentezi Şekil 2'de gösterilmiştir.
   7. Reaksiyon karışımını 50 °C'ye soğutun, ardından atmosferik basıncı eski haline getirmek için belirtilen valfleri açın.
   8. Reaksiyon karışımını, No.5 ve No.6 kaplarından elde edilen 3 mL HPLC mobil faz (% 25 etanol sulu çözelti, pH 2.0'a ayarlanmış) kullanarak No.14 kabına yıkayın. Karışımın helyum basıncı altında HPLC döngüsüne girmesini sağlamak için belirtilen valfleri açın.
      1. Ürünü HPLC yarı hazırlayıcı kolonuna yerleştirin ve 5 mL/dk akış hızında mobil faz ile elüte. UV (λ = 254 nm) ve radyoaktivite sayaçlarını kullanarak eluenti gözlemleyin.
   9. Ürünü, belirlenen valf aracılığıyla yuvarlak tabanlı şişeye toplayın.
   10. Ürünü C18 sütunu içinde hapsedin ve tutun (5 mL etanol ve 10 mL su ile aktive edilir).
   11. Belirtilen valfi açın, sütunu 9 No'lu kaptan gelen suyla atık kabına yıkayın ve ardından 8 ve 7 No'lu kaplardan gelen solüsyonla ürün şişesine durulayın.
   12. ¹⁸F-AV-1451'i 0.22 μm'lik bir sıvı filtre membranından helyum basıncı altında dağıtım sıcak hücresindeki toplama şişesine geçirin.
2. Kalite kontrol
   NOT: Ürünün art arda üç partisinde kalite kontrolü yapın. Ürünün kalite kontrolünün Çin Halk Cumhuriyeti Farmakopesi kriterlerinin 2020 baskısını karşıladığından emin olun (bkz. Malzeme Tablosu).
   1. Ürünü kurşun camın arkasına yerleştirerek ve renk ve berraklığı kontrol ederek görsel inceleme yapın.
   2. Hassas pH test kağıdı kullanarak ürünün pH değerini belirleyin.
   3. Ürünün^{radyokimyasal} saflığını analiz etmek için HPLC kullanın ^8,16.
   4. Gama spektrometresi yöntemini¹⁷ kullanarak ürünün radyoaktif nükleer saflığını analiz edin.
   5. Ürünün yarı ömrünü Çin Halk Cumhuriyeti Farmakopesine göre doğru bir şekilde ölçün¹³.
   6. Sızdırmazlığını ve bütünlüğünü test etmek için steril filtre membranına (adım 1.1.12) 0,34 MPa'lık bir basınç uygulayın.
   7. Bakteri kültürü ve at nalı yengeç reaktif yöntemi²³ kullanarak sterilite ve endotoksin testleri yapın.
   8. Potasyum iyodoplatinat yöntemini kullanarak kriptand bazlı faz transfer katalizör kalıntısını test edin. Bir gaz kromatografı ^8,16 kullanarak üründeki aseton, asetonitril ve DMSO içeriğini analiz edin.
      NOT: 0.511 MeV ve 1.022 MeV dışında başka tepe noktasının görünmediğinden emin olun.

2. Sınav öncesi yönergeler

NOT: Katılımcılar, bilişteki bir değişiklikle ilgili mevcut bir endişeleri varsa ve işlevsel yeteneklerde bağımsızlığı korurken bir veya daha fazla bilişsel alanda bozulma sergiledilerse^{dahil edildi 25}. Uygunluk, 0 ile 20 arasında bir Mini Zihinsel Durum Muayenesi (MMSE) puanı ve anormal bir beyin omurilik sıvısı (BOS) Aβ42 veya Aβ42/Aβ40 oranı veya pozitif bir amiloid pozitron emisyon tomografisi (PET) taraması ^6,20 ile doğrulanan amiloid protein pozitifliği gerektiriyordu. Dışlama kriterleri, vasküler hastalık, depresyon, travmatik beyin hasarı, psikotik bozukluklar veya bilişsel gerileme ile ilişkili diğer durumların teşhisini kapsıyordu⁵. Kalp pilleri, ferromanyetik maddeler veya hareketlilik tehlikesi oluşturan yabancı cisimlere karşı kontrendikasyonları olan ve ayrıca MRI görüntülemesi yapılamayan katılımcılar hariç tutuldu. Ek dışlama kriterleri arasında gadolinyum kontrast maddelerine karşı toleranssızlık ve ciddi böbrek yetmezliği varlığı vardı²¹.

1. Deneklere, çalışmadan 24 saat önce alkol, kafein, ilaç veya herhangi bir yorucu egzersiz veya aktiviteden kaçınmalarını söyleyin. Veri doğruluğunu sağlamak için kararlı bir fizyolojik durumu koruyun (örneğin, biyoritimler, beyin fonksiyonu görevleri).
2. Deneklerin muayeneden önce su ve yiyecek tüketmelerine izin verin, çünkü bunlar tau PET/MR görüntülemeyi engellemez.
3. Görüntülemeden önce nörolojik ile ilgili ilaçları en az 12 saat bırakın.
4. Deneklere muayene günü metal takılar veya metal düğmeli veya fermuarlı giysiler giymekten kaçınmalarını tavsiye edin.
   NOT: Hastaya bir aile üyesinin eşlik ettiğinden, önceki muayene kayıtlarını getirdiğinden ve sağlık personelini ilaç kullanımı hakkında bilgilendirdiğinden emin olun.

3. Tarama için hazırlık

1. Genel bilgileri, sınav amacını ve programı onaylamak için başvuru formunu doğrulayın. Gerekli tüm hazırlıkların tamamlandığından emin olun. Kaydolun ve ayrıntıları dosyalayın.
2. Özneden veya bir aile üyesinden PET/MR görüntüleme için bilgilendirilmiş onay alın. Konuyu amaç, prosedür, riskler ve faydalar hakkında bilgilendirin.
3. Ayrıntılı bir tıbbi geçmiş incelemesi yapın, deneğin boyunu, kilosunu ve kan konsantrasyonunu kaydedin ve MR muayenesine kontrendikasyon olmadığını onaylayın.
4. Periferik yüzeysel bir vende intravenöz bir hat oluşturun veya bir port kateterine erişin.
5. ¹⁸F-AV-1451'i uygulamadan önce, hataları önlemek için tüm bilgileri tekrar doğrulayın.
6. ¹⁸F-AV-1451'i intravenöz erişimden yavaşça 3.7-5.5 MBq / kg'da enjekte edin. Radyoaktif izleyici kalıntısını en aza indirmek için tüpü uygun miktarda tuzlu su ile yıkayın. Sıvı sızıntısını önlemek için enjeksiyon bölgesine kompresyon uygulayın.
7. Enjeksiyon süresini, bölgesini ve aktivitesini kaydedin.
8. Enjeksiyonu tamamladıktan sonra görsel-işitsel kapatmayı başlatın. Beklerken ışıkları kısın
   oda ve sıcaklığı yaklaşık 22 °C'ye ayarlayın. Deneğe 80 dakika boyunca gözleri kapalı olarak yatakta dinlenmesini ve bu süre zarfında konuşmaktan, yemek yemekten veya çiğnemekten kaçınmasını söyleyin.

4. PET / MRI taraması

1. Muayeneden önce deneğe ve refakatçiye cep telefonları, başlıklar, takma dişler, gözlükler, saatler, cüzdanlar ve madeni paralar dahil olmak üzere tüm metal nesneleri çıkarmasını söyleyin. Muayene odasında tekerlekli sandalye, sedye, muayene yatağı, oksijen tüpü veya izleme ekipmanına izin vermeyin.
2. Kişiye kulak tıkacı sağlayın ve servikal bölgeyi çevreleyen bir baş/boyun bobini ile PET/MRI masasına sırtüstü yatırın. Başı stabilize etmek, hareketi en aza indirmek ve konfor sağlamak için özel bir koltuk başlığı veya sünger ped kullanın.
   NOT: Gerekirse, nörolojik değerlendirmeye dayalı olarak uygun dozda yatıştırıcı ilaç uygulayın.
3. Kişiyi kolları aşağıda olacak şekilde konumlandırın ve rahatsızlık durumunda alarm cihazını kullanmalarını söyleyin.
4. Kafanın tarayıcıda ortalandığını, bobinin merkeziyle hizalandığını ve boyuna göre tutarlı bir şekilde konumlandırıldığını doğrulamak için görüntüleri gözden geçirin.
5. Görüntüleme için 8 kanallı bir baş ve boyun rakor bobini kullanın.
6. Bozulmuş gradyanla geri çağrılan bir dizi kullanarak yüksek çözünürlüklü ve yüksek sinyal-gürültü oranına (SNR) sahip 3B beyin hacimsel T1 ağırlıklı diziler elde edin. Aşağıdaki parametreleri ayarlayın:
   1. Tekrarlama süresi (TR) = 8.5 ms; Yankı süresi (TE) = 3,2 ms; Ters çevirme süresi (TI) = 450 ms; çevirme açısı = 12°; Voksel boyutu = 1 × 1 × 1 mm³; Görüş alanı (FOV) = 256 mm; Matris boyutu = 256 × 256; Dilim kalınlığı = 1 mm.
   2. Aşağıdaki parametrelerle eksenel PERVANE T2 ağırlıklı dizileri elde edin: TR = 6837 ms; TE = 132 ms; çevirme açısı = 142°; Görüş Açısı = 240 mm; Matris boyutu = 416 × 416; Dilim kalınlığı = 5 mm.
      NOT: PET taraması, foramen magnumdan kafatasının tepesine kadar tüm beyni kaplayan tek bir yatak pozisyonu kullanır.
7. Aynı anda 20 dakikalık PET görüntüleri elde edin.
8. PET taramasını 3D çekim modunda gerçekleştirin.
9. PET görüntüleme için hacimsel tarama kullanın.
10. Kemik, hava ve yumuşak dokuyu segmentlere ayırmak için sıfır yankı süresi (ZTE) nabız dizisi kullanarak MR görüntüleme zayıflama düzeltmesi gerçekleştirin.
11. Görüntü rekonstrüksiyonu^20,23 için uçuş süresi sıralı alt küme beklenti maksimizasyonunu (OSEM) kullanarak PET verilerini elde edin. Aşağıdaki parametreleri kullanın:
    1. Matris boyutu = 192 × 192; 6 yinelemeli 28 alt küme; Görüş Açısı = 350 × 350 mm; Yarı maksimumda tam genişlik (FWHM) = 3,0 mm.
12. ^20,23 formülünü kullanarak standartlaştırılmış alım değerini (SUV) hesaplayın:
    SUV = (Küre aktivitesi (Bq / ml) × Vücut ağırlığı (kg)) / Enjekte edilen doz.

5. Görüntü yorumlama

1. Tüm PET/MR görüntülerini, klinik tanıya kör olan en az iki deneyimli nükleer tıp doktoru tarafından bağımsız olarak görsel olarak değerlendirin.
2. Anormal yapısal değişiklikler ve protein birikimi sergileyen beyin loblarını tanımlayın.
3. Nihai bir fikir birliğine varılana kadar görsel değerlendirmeyi tekrarlayın.
4. "Pozitif tarama"yı, kortikal bölgelerin herhangi birinde veya tümünde artan ¹⁸F-AV-1451 alımı olarak tanımlayın. Tüm kortikal bölgelerde ¹⁸F-AV-1451 alımının olmaması olarak bir "negatif tarama" tanımlayın.
5. Medial temporal lobda, özellikle MRG'de hipokampusta atrofisi nörodejenerasyon^20,25 olarak tanımlayın.

¹⁸F-AV-1451 sentez sonuçları
Optimize edilmiş reaksiyon koşulları altında ¹⁸F-AV-1451'in tek aşamalı sentezi, sentez verimini %25.7'ye ± %5.8'e çıkardı. Toplam reaksiyon süresi 70 dakika idi. Tipik bir yarı hazırlayıcı HPLC ve UV spektrumu Şekil 3'te gösterilmiştir, burada tepe 2 ürün zirvesini temsil eder.

Kalite test sonuçları
Ardışık üç p...

Bu metodolojik makalede, tau PET görüntüleme için ¹⁸adet F-AV-1451'in güncellenmiş bir radyosentezi ve ¹⁸adet F-AV-1451 PET/MRI görüntü elde etme teknikleri tanıtılmış ve AD'yi değerlendirmek için ¹⁸adet F-AV-1451 PET/MR'nin potansiyel faydası sağlanmıştır. Konvansiyonel beyin BT veya MRG genellikle makroskopik anatomik yapısal değerlendirme sağlar, bu da hastalık ilerlemesinin değerlendirilmesini ve prognozun öngörülmesini sı...

Yazarların beyan edebilecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Bu çalışma, Liaoning Eyaleti Temel Araştırma ve Geliştirme Planı (2019JH/10300010) ve Liaoning Eyaleti Uygulamalı Temel Araştırma Programı (2022JH2/101500011) tarafından sağlanan hibelerle desteklenmiştir.