Hyperpolariseret 13C MRI til kræftimmunterapi (DNPSPIO)

Forskerne planlægger et 3-årigt forsøg med et randomiseret, to-gruppers allokeringsobservationsstudiedesign, der vil indskrive 90 forsøgspersoner med nyligt diagnosticeret eller tilbagevendende gynækologisk cancer fra Linkou Chang Gung Memorial Hospital (CGMH), som modtager ICI-terapi til denne prospektive undersøgelse. Standardpleje, f.eks. MR/CT/PET, er forudgående påkrævet til førstelinjes screeningsmetoden med tumorglas og rutinemæssigt blodarbejde ved det indledende besøg. Efter at være blevet tilfældigt tildelt, vil 30 kvalificerede forsøgspersoner blive tildelt næste generations billeddiagnostiske gruppe og vil modtage to integrerede undersøgelser mellem baseline og 2 ugers immunterapi - den integrerede undersøgelse af DNP og metabolomics.

Forsøgspersoner i næste generations billeddannelsesgruppe vil modtage milt-DNP-billeddannelse efterfulgt af ikke-kontrastforstærkende MRF ved læsionen og MR-relaxometri, som giver kvantitative målinger af metabolisme, der forekommer i henholdsvis milten og i kræftcellerne. DNP injiceres med 13C kontrastmiddel hyperpolariseret 13C pyruvat (HP [1-13C] Pyruvat) intravenøst ​​i armen, og undersøgelseslægemidlet injiceres i en dosis på 0,43 ml/kg, som er mærket med den ikke-radioaktive isotop 13C kl. C1-positionen, hyperpolariserede 13C-signaler opnås gennem MR-spektrumopsamling, og derefter udføres MRF-sekvenser for at opnå multi-parameter vævskarakteristika. Den generelle billeddiagnostiske gruppe vil modtage de samme MR-strategier, men uden milt DNP-scanning.

Alle MR-sekvenser vil blive udført på en 3T klinisk scanner (Discovery MR750w, GE Healthcare, Milwaukee, USA) med en fleksibel overflade 13C/1H multinukleær transmitter-modtagespole (RAPID Biomedical, Bayern, Tyskland) til at dække miltregionen.

DNP-MRI:

For at overholde Good Manufacturing Practice (GMP) for lægemidler, vil [1-13C]pyruvat til mennesker blive fremstillet i ISO 8-renrummet og ISO 5-laminært flow i Department of Nuclear Medicine, Chang Gung Memorial Hospital i Linkou, Taiwan . Det færdigblandede [1-13C]pyrodruesyre/12,5 mM elektronisk paramagnetisk middel (elektronisk paramagnetisk middel; EPA; AH111501, GE Healthcare, Oslo, Norge) vil blive pakket i et sterilt apotekssæt (Sterile Fluid Path; SFP, GE Research Circle Technology ) og polariseret i polarisatoren (SPINlab, GE Research Circle Technology) ved 0,7 - 0,8 K og et magnetfelt på 5 T i mindst 2 - 3 timer. Efter at være blevet hurtigt opløst i opvarmet vand, vil det passere gennem et EPA-filter for at fjerne overskydende EPA og blive blandet med neutraliseringsmedium (NaOH/TRIS/EDTA) i modtageren og derefter automatisk detekteret ved optisk måling i QC-maskinen (GE GE) Research Circle Technology), herunder pyruvatkoncentration, EPA-koncentration, pH, temperatur, volumen og polarisationsniveau, mens man samtidig trækker en opløsning indeholdende hyperpolariseret [1-13C]pyruvat gennem et 0,2 μm terminalfilter (ZenPure, Manassas, Virginia) ind i en administrationssprøjte (Medrad, Warrendale, Pennsylvania) for at sikre sterilitet. Efter at den ansvarlige læge har kontrolleret, at QC-parametrene opfylder kriterierne, vil patienten blive injiceret intravenøst ​​i en dosis på 0,43 mL/Kg ved en flowhastighed på 5 mL/s og derefter skyllet med 20 mL fysiologisk saltvand. Terminalfilterets integritet (Threshold = 50 psi) vil blive kontrolleret umiddelbart efter dispensering.

Under 13C-MRI-scanning udføres et sæt billeddetekteringer først til positionering, og derefter kalibreres 13C-signalet, inklusive gradient-shimming, 13C-centerfrekvensbekræftelse (beregnet ud fra 1H-centerfrekvensen) og emissionsforstærkningsoptimering (ved hjælp af Bloch-Sieger-sekvens), efter en 30-sekunders forsinkelse fra injektion, udføres følgende hurtige 13C-sekvens, hvilket vil tage cirka 2-3 minutter:

1. Pulsopsamling af 13C-spektre: flip-vinkel = 10°; TR = 2000 ms; skivetykkelse = 30 mm; aflæst båndbredde = 5000 Hz; spektrale samlingspunkter 2048; gentagelse = 14; optagelsestid = 2000 ms; tidsopløst Rate = 2000 ms.
2. 13C-metabolitspecifik billeddannelse af pyruvat, lactat og alanin (spektral-spatiale RF-impulser efterfulgt af spiraludlæsning): TR = 250 ms; TE = N/A; rumlig opløsning i planet = 10 x 10 mm^2; matrixstørrelse = 128 x 128 mm^2; synsfelt = 22 x 22 cm^2; skivetykkelse = 20 mm; vippevinkel = 15°/30°/30° (pyruvat/lactat/alanin); optagelsestid = 250 ms; tidsopløsning = 1000 ms.
3. 13C kemisk skift billeddannelse: TR = 80ms; TE = N/A; rumlig opløsning i planet = 25 x 25 mm^2; matrixstørrelse = 8 x 8 mm^2; synsfelt = 20 x 20 cm^2; skivetykkelse = 20 mm ; Vippevinkel = 15°; Optagelsestid = 80 ms.

DWI:

Det kliniske MR-studie fortsætter efter 13C DNP med den originale scanner og vil bruge enkelt-ekko planar teknik med fedtundertrykkelse (gentagelsestid ms/ekkotid ms: 3300/79; antal signalgennemsnit: 4; skivetykkelse: 4 mm; mellemrum; 1 mm; matrix: 128x128 mm^2; synsfelt 20 x 20 cm^2). Den højeste b-værdi på 1000 sek/mm^2 er valgt for at optimere signal-til-støj-forholdet. Diffusionsvægtede gradienter anvendes ortogonalt til udvælgelse af skive, fasekodning og udlæsningsretning, og hældningen vil blive beregnet ud fra den logaritmiske henfaldskurve for signalintensitet versus b-værdi (Syngo, Siemens, Erlangen, Tyskland).

MR-fingeraftryk (MRF):

MAGiC (MAGnetic resonance image Compilation) vil bruge 2D hurtig spin ekko baseret multi-saturation forsinket multi-ekko optagelse. Steady-state free precession (SSFP) bruges til MRF-opsamling med optagelsesspor sammenflettet ved hjælp af 89 under samplede gylden vinkel helixer, samplingsbåndbredde = ±250 kHz, TR = 9 ms, TE = 2,2 ms, NEX = 1 og 979 frames. B0 og B1 er ikke inkluderet i sekvensen, men udsnitskonturer er inkluderet for at forbedre T2-nøjagtigheden, andre billeddannelsesparametre, der bruges i MAGiC- og MRF-scanninger er: FOV = 22 x 22 mm^2; matrix = 256 x 256; skivetykkelse = 4 mm, 1 mm mellemrum; 20 stk. Tidsintervaller for scanning er henholdsvis cirka 4 minutter og 3,6 minutter.

MR Relaxometri:

Den iterative nedbrydning af vand og fedt med en ekko-asymmetri med mindst kvadratisk estimering-jernkvantificeringssekvens (IDEAL-IQ) har følgende parametre: TR 10 ms; TE 4,7 ms; ekko nummer 6, der spænder fra 1,1 ms til 6,38 ms FOV 35-40 cm; matrixstørrelse 128 × 128; pixel båndbredde 325 Hz; vippevinkel 6; skivetykkelse 10 mm; mellemrum mellem skiverne 5 mm. Scanningerne foretages under en vejrtrækning, der varer mindre end 30 sekunder. R2* beregnes ved hjælp af følgende formel: R2*IDEAL = -1,276 + 1,2366 * R2*GRE. R2* omdannes derefter til jernkoncentration (mg/g) ved hjælp af den udbredte formel foreslået af Wood et al.: Jernkoncentration = 0,202 + 0,0254 x R2*

Mens der ikke er et accepteret normalområde for miltjern, foreslås 1,98 mg/g som en øvre grænse, med 2,74 mg/g rapporteret at være patologisk. Miltjern varierer efter alder og køn. Miltens jernindhold er højere hos mænd end hos kvinder (mænd: 0,96 ± 0,34 mg/g, kvinder: 0,87 ± 0,29 mg/g). Hos kvinder er overgangsalderen forbundet med 0,12 mg/g højere miltjern. Det skal bemærkes, at GRE-ekkotiden for abdominal MRI er utilstrækkelig til at kvantificere jern, når jern overskrider tærsklen (ca. 4 mg/g)

Metabolomics:

Plasma-, urin- og/eller vævsprøver indsamlet fra patienter vil blive yderligere analyseret ved 1H højopløsnings-NMR (Bruker 600MHz NMR-spektrometer) og LC-TOFMS (Waters Q-TOFMS) placeret på Clinical Metabolomics Center, Chang Gung Memorial Hospital. Standard metabolomics software - GeneSpring MS, Markerlyn XS og Metaboanalyst, vil også blive brugt til multivariat dataanalyse og præsentation. METLIN-, HMDB- og KEGG-databaserne vil blive søgt efter et nøjagtigt sæt funktioner, der viser signifikante forskelle mellem grupperne af før og efter immunterapier. Sammensatte forudsigelser vil blive udført ved hjælp af metabolitdatabaser og formelgenereringssoftware. Ikke-kommercielle og kommercielle applikationer såsom MetaboAnalyst til metabolomiske undersøgelser er også tilgængelige. Laboratorieundersøgelser omfatter rutinemæssige inflammatoriske indekser, såsom erythrocytsedimentationshastighed (ESR), C-reaktivt protein (CRP), procalcitonin, plasma antioxidantindeks (TAC), cellulært antioxidantindeks (GPX), DNA-skadeindeks (8-OHdG ) og lipid oxidations- og inflammationsindeks (MPO); konventionelle metaboliske indekser, såsom LDH, lactat og pyruvat; og immunfunktionsrelaterede indekser, såsom T Cell & B Cell, T Cell Subset tests, HLA-B27, IL-6, a1-globulin og a2-globulin. Hvis patienten har gennemgået dias til histopatologisk diagnose, vil vævs-LDH og MCT-proteinekspression også blive bestemt.