Hyperpolariseret MR-billeddannelse med kulstof-13-pyruvat i den menneskelige krop (POLARIC-13)

Positron-emissionstomografi med 18F fluordeoxyglucose (FDG) er den konventionelle billeddannelsesteknik til at give information om vævsglukoseoptagelse og har været meget klinisk succesfuld. Det kan dog ikke vurdere nedstrøms metabolisme, hvilket kan være nyttigt til diagnosticering og vurdering af behandlingsrespons i en række forskellige sygdomme. Patienter vil også blive udsat for ioniserende stråling, mængden af ​​eksponering kan variere afhængigt af dosis af indgivet sporstof, hyppighed af scanninger og varighed af hver scanning.

Carbon 13 (13C) magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er særligt attraktiv til metabolisk billeddannelse, fordi kulstof fungerer som rygraden i næsten alle organiske molekyler i kroppen. Imidlertid har den lave naturlige overflod af 13C-isotopen ved ~1,1% gjort in vivo-billeddannelse ekstremt udfordrende. For at forbedre MR-signalets 13C-kerner beriges prober syntetisk for at øge koncentrationen af ​​13C-mærket i et molekyle. MR-signal kan øges yderligere ved hyperpolariseringsprocessen. Ved lav temperatur og højt magnetfelt har elektroner et meget højt polariseringsniveau (dvs. næsten alle elektronerne er justeret i samme retning). Dette høje niveau af polarisering kan overføres til 13C-mærkede prober, hvilket øger deres MRI-signaler. Denne overførsel af polarisering opnås ved at blande radikaler (en kilde til frie elektroner) med den eller de 13C-mærkede probe(r), der skal hyperpolariseres og placere blandingen i en polarisator ved et magnetfelt typisk på 3,0-5,0 T og ved lav temperatur (ca. 1 K). Mikrobølgebestråling påføres derefter for at overføre polariseringen fra uparrede elektroner i et tritylradikal til den 13C-mærkede probe. Den endelige opløsning bevarer et højt niveau af polarisering og kan formuleres til at være ved fysiologisk pH, osmolaritet og temperatur til in vivo injektion og metaboliske undersøgelser.

Med denne teknik øges polarisationen til ca. 30%-40%, en stigning på over 10.000 til 100.000 gange, hvorved MRI-signalet øges dramatisk (figur 1). Det forbedrede signal er dog typisk kun tilgængeligt i en kort periode (1-2 minutter), da polarisationen falder tilbage til sit termiske ligevægtsniveau. Derfor er hurtig billeddannelse nødvendig for at opnå metaboliske data med højt signal-til-støj-forhold med minimalt polarisationstab og for at måle hurtige metaboliske processer.

Til dato er hyperpolariseret billeddannelsesteknik blevet udført i mere end 800 raske frivillige og patienter; og i mere end 1.200 undersøgelser i forskellige kliniske tilstande.

HYPOTESE OG MÅL:

Denne proof-of-concept undersøgelse for at demonstrere gennemførlighed og anvendelse af 13C hyperpolariseret billeddannelse hos raske indbyggere i Singapore og patienter med kardiovaskulære/kardiometaboliske sygdomme.

1. At etablere referenceintervaller i de metaboliske produkter af hyperpolariseret 13C-pyruvat (lactat, alanin og bicarbonat) hos raske frivillige og undersøge repeterbarheden af ​​de 13C hyperpolariserede billeddannelsessekvenser.
2. At udvikle anvendelsen af ​​13C hyperpolariseret billeddannelse hos patienter med kardiovaskulære og kardiometaboliske sygdomme.