Hyperpolarisierte 129Xe-MRT zur Bildgebung der Lungenfunktion

Es wird erwartet, dass die nicht-invasive Bildgebung der Lungenfunktion entscheidende Erkenntnisse liefert, die erforderlich sind, um Fortschritte bei der Charakterisierung und Behandlung chronischer Lungenerkrankungen voranzutreiben. Die aktuelle primäre diagnostische Maßnahme ist die Lungenfunktionsprüfung (PFT), die Mitte des 19. Jahrhunderts eingeführt wurde und auch heute noch der Standard der Behandlung ist. PFTs haben den Vorteil, dass sie nicht-invasiv und weit verbreitet sind, weisen jedoch eine geringe Empfindlichkeit und hohe Variabilität auf. Aufgrund der häufigen Heterogenität der Erkrankung und der Kompensationsmechanismen der Lunge sind PFTs daher bei der Beurteilung des therapeutischen Ansprechens oder des Krankheitsverlaufs in angemessenen Zeiträumen unwirksam.

Es ist seit langem bekannt, dass eine Verbesserung der Empfindlichkeit eine regionale Beurteilung der Lunge erfordert. Zu diesem Zweck liefern Methoden wie die Computertomographie (CT) Einblicke in die Lungenstruktur, es müssen jedoch Rückschlüsse auf die Lungenfunktion gezogen werden. Von größerer Bedeutung ist jedoch die mit der CT verbundene hohe Strahlendosis, die eine häufige Längsschnittbildgebung ausschließt. Alternativ ist eine regionale Bildgebung sowohl der Ventilation als auch der Perfusion mithilfe nuklearmedizinischer Techniken wie der planaren Szintigraphie, der Einzelphotonen-Computertomographie (SPECT) oder der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) möglich. Allerdings setzen alle diese Modalitäten, wie auch bei der CT-Bildgebung, das Subjekt ionisierender Strahlung aus und können nicht ohne zwingende klinische Notwendigkeit seriell angewendet werden. Darüber hinaus weisen diese nuklearen Bildgebungsmodalitäten eine schlechte räumliche und zeitliche Auflösung auf.

Die Schlüsselrolle des HP 129Xe MRT besteht darin, dass es eine nicht-invasive hochauflösende Bildgebung aller Aspekte der Lungenstruktur und -funktion ermöglichen kann. Wir haben kürzlich gezeigt, dass HP 129Xe MRT die Lungenventilation mit hoher Auflösung visualisiert und Anomalien der alveolären Mikrostruktur aufzeigen kann, die mit dem Emphysem-Phänotyp der COPD verbunden sind. Wir haben auch die grundlegend neue Fähigkeit demonstriert, die Aufnahme von 129Xe in das Blut und Gewebe der Lungenkapillaren direkt zu visualisieren, was durch die Bereitstellung regionaler Gasaustauschinformationen ein noch vollständigeres Bild der Lungenfunktion liefern kann.

Xenon ist ein Edelgas, das vom Körper chemisch nicht verändert wird. Ein kleiner Teil des inhalierten Xe wird in den Blutkreislauf aufgenommen und hat bei moderaten Konzentrationen nachweislich anästhetische Wirkungen. Die in diesem Protokoll verwendeten Gasmengen liegen innerhalb der zuvor abgeleiteten sicheren Grenzwerte für Tiere und Menschen. Das stabile Isotop 129Xe kann hyperpolarisiert werden, was eine Möglichkeit darstellt, sein Brutto-MRT-Signal um den Faktor ∼100.000 zu verstärken. Eine solche Signalverstärkung ermöglicht die Abbildung des eingeatmeten Gases mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Darüber hinaus ermöglichen die Eigenschaften von 129Xe die Aufnahme von Bildern mit mehreren Kontrastformen, einschließlich Beatmung, Lungenmikrostruktur und regionalem Gasaustausch. Da bei der 129Xe-MRT keine ionisierende Strahlung und nur ein inhaliertes Gaskontrastmittel verwendet wird, kann sie möglicherweise in Längsschnittstudien eingesetzt werden, um die Wirkung einer Therapie zu testen oder den Krankheitsverlauf nichtinvasiv zu überwachen.