Hyperpolarisoitu 129Xe MRI keuhkojen toiminnan kuvaamiseen

Keuhkojen toiminnan ei-invasiivisen kuvantamisen odotetaan antavan kriittisiä näkemyksiä, joita tarvitaan kroonisten keuhkosairauksien karakterisoinnin ja hoidon edistämiseksi. Nykyinen ensisijainen diagnostinen toimenpide on keuhkojen toimintatestaus (PFT), joka otettiin käyttöön 1800-luvun puolivälissä, mutta se on edelleen hoidon standardi. PFT:iden etuna on se, että ne ovat ei-invasiivisia ja laajalti saatavilla, mutta ne kärsivät huonosta herkkyydestä ja suuresta vaihtelusta. Siten PFT:t ovat tehottomia arvioitaessa terapeuttista vastetta tai taudin etenemistä kohtuullisessa ajassa, kun otetaan huomioon sairauden toistuva heterogeenisuus ja keuhkojen kompensaatiomekanismit.

Jo pitkään on tiedostettu, että herkkyyden parantaminen edellyttää keuhkojen alueellista arviointia. Tätä varten menetelmät, kuten tietokonetomografia (CT), tarjoavat tietoa keuhkojen rakenteesta, mutta keuhkojen toiminta on pääteltävä. Suurempi huolenaihe on kuitenkin TT:hen liittyvä suuri säteilyannos, joka estää toistuvan pitkittäisen seurantakuvauksen. Vaihtoehtoisesti sekä ventilaation että perfuusion alueellinen kuvantaminen on mahdollista isotooppilääketieteen tekniikoilla, kuten planaarisella skintigrafialla, yhden fotonin tietokonetomografialla (SPECT) tai positroniemissiotomografialla (PET). Kuitenkin, kuten CT-kuvauksessa, kaikki nämä menetelmät altistavat kohteen ionisoivalle säteilylle, eikä niitä voida käyttää sarjassa ilman pakottavaa kliinistä tarvetta. Lisäksi nämä ydinkuvausmenetelmät kärsivät huonosta tila- ja aikaresoluutiosta.

HP 129Xe MRI:n avainrooli on, että se mahdollistaa ei-invasiivisen korkean resoluution kuvantamisen kaikista keuhkojen rakenteen ja toiminnan näkökohdista. Olemme äskettäin osoittaneet HP 129Xe MRI:n visualisoivan keuhkoventilaatiota korkealla resoluutiolla sekä kykyä osoittaa keuhkoahtaumatautien mikrorakenteen poikkeavuuksia, jotka liittyvät keuhkoahtaumatautifenotyyppiin. Olemme myös osoittaneet pohjimmiltaan uuden kyvyn visualisoida suoraan 129Xe:n imeytymistä keuhkojen kapillaarivereen ja kudoksiin, mikä voi tarjota vielä täydellisemmän kuvan keuhkojen toiminnasta toimittamalla alueellisia kaasunvaihtotietoja.

Ksenon on jalokaasu, jota keho ei muuta kemiallisesti. Pieni osa sisäänhengitetystä Xe:stä imeytyy verenkiertoon ja sillä on dokumentoitu anesteettinen vaikutus kohtalaisilla pitoisuuksilla. Tässä protokollassa käytetyt kaasutasot ovat aiemmin johdettujen turvallisten rajojen sisällä sekä eläimille että ihmisille. Stabiili isotooppi 129Xe voidaan hyperpolarisoida, mikä on keino parantaa sen brutto-MRI-signaalia kertoimella ~100 000. Tällainen signaalin tehostaminen mahdollistaa sisäänhengitetyn kaasun kuvaamisen korkealla tila- ja aikaresoluutiolla. Lisäksi 129Xe:n ominaisuudet mahdollistavat kuvien hankkimisen useilla kontrastimuodoilla, mukaan lukien ventilaatio, keuhkojen mikrorakenne ja alueellinen kaasunvaihto. Koska 129Xe MRI ei käytä ionisoivaa säteilyä ja vain inhaloitavaa kaasuvarjoainetta, sitä voidaan käyttää pitkittäistutkimuksissa hoidon vaikutusten testaamiseen tai taudin etenemisen seurantaan noninvasiivisesti.