Hyperpolarizovaná 129Xe MRI pro zobrazení funkce plic

Očekává se, že neinvazivní zobrazování plicních funkcí poskytne kritické poznatky, které jsou potřebné k urychlení pokroku při charakterizaci a léčbě chronických plicních onemocnění. Současným primárním diagnostickým opatřením je testování funkce plic (PFT), které bylo zavedeno v polovině 19. století, ale dnes zůstává standardem péče. PFT mají výhodu v tom, že jsou neinvazivní a široce dostupné, ale trpí špatnou citlivostí a vysokou variabilitou. PFT jsou tedy neúčinné při hodnocení terapeutické odpovědi nebo progrese onemocnění v rozumných časových měřítcích, vzhledem k časté heterogenitě onemocnění a kompenzačním mechanismům plic.

Již dlouho se uznává, že zlepšení citlivosti vyžaduje regionální posouzení plic. Za tímto účelem poskytují metody, jako je počítačová tomografie (CT), pohled na strukturu plic, ale funkce plic musí být odvozena. Větší obavy však vyvolává vysoká radiační dávka spojená s CT, která vylučuje časté longitudinální sledování. Alternativně je možné regionální zobrazení ventilace i perfuze pomocí technik nukleární medicíny, jako je planární scintigrafie, jednofotonová počítačová tomografie (SPECT) nebo pozitronová emisní tomografie (PET). Nicméně, stejně jako u CT zobrazení, všechny tyto modality vystavují subjekt ionizujícímu záření a nemohou být aplikovány sériově bez naléhavé klinické potřeby. Navíc tyto způsoby jaderného zobrazování trpí špatným prostorovým a časovým rozlišením.

Klíčovou rolí MRI HP 129Xe je to, že umožňuje neinvazivní zobrazování s vysokým rozlišením všech aspektů plicní struktury a funkce. Nedávno jsme ukázali, že HP 129Xe MRI vizualizuje plicní ventilaci s vysokým rozlišením, stejně jako schopnost zobrazit abnormality alveolární mikrostruktury, které jsou spojeny s fenotypem emfyzému CHOPN. Prokázali jsme také zásadně novou schopnost přímo vizualizovat vychytávání 129Xe do plicní kapilární krve a tkání, což může poskytnout ještě úplnější obraz funkce plic poskytováním informací o regionální výměně plynů.

Xenon je vzácný plyn, který tělo chemicky nemění. Malá část inhalovaného Xe se absorbuje do krevního oběhu a má zdokumentované anestetické účinky při středních koncentracích. Hladiny plynu použité v tomto protokolu jsou v dříve odvozených bezpečných limitech pro zvířata i lidi. Stabilní izotop 129Xe může být hyperpolarizován, což je prostředek ke zvýšení jeho hrubého MRI signálu o faktor ~100 000. Takové zesílení signálu umožňuje zobrazit vdechovaný plyn s vysokým prostorovým a časovým rozlišením. Vlastnosti 129Xe navíc umožňují pořizovat snímky s různými formami kontrastu včetně ventilace, mikrostruktury plic a regionální výměny plynů. Vzhledem k tomu, že 129Xe MRI nepoužívá ionizující záření a pouze inhalační plynovou kontrastní látku, má potenciál být použit v longitudinálních studiích k testování účinků terapie nebo neinvazivnímu sledování progrese onemocnění.