Hyperpolarisoitu 13C MRI syövän immunoterapiaa varten (DNPSPIO)

Tutkijat suunnittelevat kolmivuotisen tutkimuksen, jossa on satunnaistettu, kahdessa ryhmässä jaettu havainnointitutkimus, johon otetaan mukaan 90 henkilöä, joilla on äskettäin diagnosoitu tai uusiutuva gynekologinen syöpä Linkou Chang Gung Memorial Hospital (CGMH) -sairaalasta, jotka saavat ICI-hoitoa tähän tulevaan tutkimukseen. Tavalliset hoidot, esim. MRI/CT/PET vaaditaan etukäteen ensilinjan seulontamenetelmää varten, jolloin tuumorilevyt ja rutiiniverikoe ensimmäisellä käynnillä. Satunnaisen jakamisen jälkeen 30 soveltuvaa henkilöä määrätään seuraavan sukupolven kuvantamisryhmään, ja he saavat kaksi integroitua tutkimusta lähtötilanteen ja 2 viikon immunoterapian välillä – DNP:n ja metabolomiikan integroidun tutkimuksen.

Seuraavan sukupolven kuvantamisryhmän koehenkilöt saavat pernan DNP-kuvauksen, jota seuraa ei-kontrastia tehostava MRF-kuvaus leesiossa ja MR-relaksometria, jotka mittaavat pernassa ja syöpäsoluissa tapahtuvan aineenvaihdunnan kvantitatiivisia mittauksia. DNP:tä injektoidaan 13C-varjoaineella hyperpolarisoitua 13C-pyruvaattia (HP [1-13C]pyruvaatti) laskimonsisäisesti käsivarteen, ja tutkimuslääkettä injektoidaan annoksella 0,43 ml/kg, joka on leimattu ei-radioaktiivisella isotoopilla 13C klo. C1-asema, hyperpolarisoidut 13C-signaalit saadaan MR-spektrin hankinnan avulla, ja sitten suoritetaan MRF-sekvenssit moniparametristen kudosominaisuuksien saamiseksi. Yleinen kuvantamisryhmä saa samat MR-strategiat, mutta ilman pernan DNP-skannausta.

Kaikki MRI-sekvenssit suoritetaan 3T kliinisellä skannerilla (Discovery MR750w, GE Healthcare, Milwaukee, USA), jossa on joustava pinta 13C/1H moniytiminen lähetys-vastaanottokela (RAPID Biomedical, Baijeri, Saksa) pernan alueen peittämiseksi.

DNP-MRI:

Lääkkeiden hyvän valmistustavan (GMP) noudattamiseksi ihmisille tarkoitettua [1-13C]pyruvaattia valmistetaan ISO 8 -puhdashuoneessa ja ISO 5 -laminaarisessa virtauksessa ydinlääketieteen laitoksella, Chang Gung Memorial Hospital Linkoussa, Taiwanissa. . Esisekoitettu [1-13C]pyruviinihappo/12,5 mM elektroninen paramagneettinen aine (Electronic Paramagnetic Agent; EPA; AH111501, GE Healthcare, Oslo, Norja) pakataan steriiliin apteekkipakkaukseen (Sterile Fluid Path; SFP, GE Research Circle Technology) ) ja polarisoidaan polarisaattorissa (SPINlab, GE Research Circle Technology) 0,7 - 0,8 K:ssa ja 5 T:n magneettikentässä vähintään 2 - 3 tunnin ajan. Liuotettuaan nopeasti kuumennettuun veteen, se kulkee EPA-suodattimen läpi ylimääräisen EPA:n poistamiseksi ja sekoittuu neutralointiväliaineen (NaOH/TRIS/EDTA) kanssa vastaanottimessa, minkä jälkeen se havaitaan automaattisesti optisella mittauksella QC-koneessa (GE GE) Research Circle Technology), mukaan lukien pyruvaattipitoisuus, EPA-pitoisuus, pH, lämpötila, tilavuus ja polarisaatiotaso, samalla kun vedetään hyperpolarisoitua [1-13C]pyruvaattia sisältävää liuosta 0,2 μm:n päätesuodattimen läpi (ZenPure, Manassas, Virginia) antoruisku (Medrad, Warrendale, Pennsylvania) steriiliyden varmistamiseksi. Kun vastuussa oleva lääkäri on tarkistanut, että QC-parametrit täyttävät kriteerit, potilaalle ruiskutetaan suonensisäisesti annoksella 0,43 ml/kg virtausnopeudella 5 ml/s ja sitten huuhdellaan 20 ml:lla fysiologista suolaliuosta. Liitinsuodattimen eheys (kynnys = 50 psi) tarkistetaan välittömästi annostelun jälkeen.

13C-MRI-skannauksen aikana suoritetaan ensin joukko kuvantunnistuksia paikantamista varten ja sitten 13C-signaali kalibroidaan, mukaan lukien gradienttishimmaus, 13C-keskitaajuuden vahvistus (laskettu 1H-keskitaajuudesta) ja emissiovahvistuksen optimointi (käyttämällä Bloch-Sieger-sekvenssi ), 30 sekunnin viiveen jälkeen injektiosta suoritetaan seuraava nopea 13C-sekvenssi, joka kestää noin 2-3 minuuttia:

1. 13C-spektrien pulssinotto: kääntökulma = 10°; TR = 2000 ms; viipaleen paksuus = 30 mm; lukukaistanleveys = 5000 Hz; spektrin keräyspisteitä 2048; toisto = 14; hankintaaika = 2000 ms; aikaresoluutioinen nopeus = 2000 ms.
2. 13C-metaboliittispesifinen pyruvaatin, laktaatin ja alaniinin kuvantaminen (spektri-avaruudelliset RF-pulssit, joita seuraa helikaalinen lukema): TR = 250 ms; TE = N/A; tasossa spatiaalinen resoluutio = 10 x 10 mm^2; matriisin koko = 128 x 128 mm^2; näkökenttä = 22 x 22 cm^2; viipaleen paksuus = 20 mm; kääntökulma = 15°/30°/30° (pyruvaatti/laktaatti/alaniini); hankintaaika = 250 ms; aikaresoluutio = 1000 ms.
3. 13C kemiallisen siirtymän kuvantaminen: TR = 80 ms; TE = N/A; tason sisäinen tilaresoluutio = 25 x 25 mm^2; matriisin koko = 8 x 8 mm^2; näkökenttä = 20 x 20 cm^2; viipaleen paksuus = 20 mm ; Kääntökulma = 15°; Hakuaika = 80 ms.

DWI:

Kliininen MR-tutkimus jatkuu 13C DNP:n jälkeen alkuperäisellä skannerilla ja siinä käytetään yhden kaiun tasomaista tekniikkaa rasvan vaimennuksen kanssa (toistoaika ms/kaikuaika ms: 3300/79; signaalien keskiarvojen lukumäärä: 4; viipaleen paksuus: 4 mm ; rako; 1 mm; matriisi: 128x128 mm^2; näkökenttä 20 x 20 cm^2). Korkein b-arvo 1000 s/mm^2 on valittu optimoimaan signaali-kohinasuhde. Diffuusiopainotettuja gradientteja sovelletaan ortogonaalisesti viipaleen valinnassa, vaihekoodauksessa ja lukusuunnassa, ja kulmakerroin lasketaan signaalin intensiteetin logaritmisesta vaimenemiskäyrästä b-arvon funktiona (Syngo, Siemens, Erlangen, Saksa).

MR-sormenjälki (MRF):

MAGiC (MAGnetic Resonance Image Compilation) käyttää 2D-nopeasti pyörivää kaikupohjaista monikylläisyyteen perustuvaa viivästettyä monikaiun hankintaa. Tasapainoista vapaata precessiota (SSFP) käytetään MRF-hankinnassa, jolloin hankintajäljet ​​on lomitettu käyttämällä 89:ää näytteistettyjen kultakulmakierteiden alla, näytteenottokaistanleveys = ±250 kHz, TR = 9 ms, TE = 2,2 ms, NEX = 1 ja 979 kehystä. B0 ja B1 eivät sisälly sekvenssiin, mutta viipaleiden ääriviivat on sisällytetty T2-tarkkuuden parantamiseksi. Muut MAGiC- ja MRF-skannauksissa käytetyt kuvantamisparametrit ovat: FOV = 22 x 22 mm^2; matriisi = 256 x 256; viipaleen paksuus = 4 mm, rako 1 mm; 20 kappaletta. Skannauksen aikavälit ovat noin 4 minuuttia ja 3,6 minuuttia.

MR-relaksometria:

Veden ja rasvan iteratiivisella hajoamisella, jossa on kaiun epäsymmetria, vähintään neliön estimointi-raudan kvantifiointi (IDEAL-IQ) -sekvenssillä on seuraavat parametrit: TR 10 ms; TE 4,7 ms; kaiku numero 6, 1,1 ms - 6,38 ms FOV 35-40 cm; matriisin koko 128 × 128; pikselin kaistanleveys 325 Hz; kääntökulma 6; viipaleen paksuus 10 mm; viipaleiden väli 5 mm. Skannaukset saadaan alle 30 sekuntia kestävän hengityksen pidätyksen aikana. R2* lasketaan käyttämällä seuraavaa kaavaa: R2*IDEAL = -1,276 + 1,2366 * R2*GRE. R2* muunnetaan sitten rautapitoisuudeksi (mg/g) käyttämällä yleisesti käytettyä Wood et al.:n ehdottamaa kaavaa: Rautapitoisuus = 0,202 + 0,0254 x R2*

Vaikka pernan raudalle ei ole hyväksyttyä normaalia vaihteluväliä, ylärajaksi ehdotetaan 1,98 mg/g, ja 2,74 mg/g raportoitu olevan patologinen. Pernan rauta vaihtelee iän ja sukupuolen mukaan. Pernan rautapitoisuus on korkeampi miehillä kuin naisilla (miehet: 0,96 ± 0,34 mg/g, naiset: 0,87 ± 0,29 mg/g). Naisilla vaihdevuosiin liittyy 0,12 mg/g korkeampi pernan rauta. On huomattava, että vatsan MRI:n GRE-kaikuaika ei riitä raudan määrittämiseen, kun rauta ylittää kynnyksen (noin 4 mg/g).

Aineenvaihdunta:

Potilailta kerättyjä plasma-, virtsa- ja/tai kudosnäytteitä analysoidaan edelleen korkearesoluutioisella 1H NMR:llä (Bruker 600 MHz NMR-spektrometri) ja LC-TOFMS:llä (Waters Q-TOFMS), jotka sijaitsevat Chang Gung Memorial Hospital -sairaalan Clinical Metabolmics Centerissä. Monimuuttujatietojen analysointiin ja esittämiseen käytetään myös vakiometabolomiikkaohjelmistoja - GeneSpring MS, Markerlyn XS ja Metaboanalyst. METLIN-, HMDB- ja KEGG-tietokannoista etsitään tarkat ominaisuudet, jotka osoittavat merkittäviä eroja ennen ja jälkeen immunoterapian ryhmien välillä. Yhdisteiden ennusteet suoritetaan käyttämällä metaboliittitietokantoja ja kaavan luontiohjelmistoa. Saatavilla on myös ei-kaupallisia ja kaupallisia sovelluksia, kuten MetaboAnalyst metabolomiikkatutkimuksiin. Laboratoriotutkimukset sisältävät rutiininomaiset tulehdusindeksit, kuten erytrosyyttien sedimentaationopeus (ESR), C-reaktiivinen proteiini (CRP), prokalsitoniini, plasman antioksidanttiindeksi (TAC), solujen antioksidanttiindeksi (GPX), DNA-vaurioindeksi (8-OHdG ) ja lipidit. hapettumis- ja tulehdusindeksi (MPO); tavanomaiset metaboliset indeksit, kuten LDH, laktaatti ja pyruvaatti; ja immuunitoimintoihin liittyvät indeksit, kuten T-solu- ja B-solut, T-solualaryhmätestit, HLA-B27, IL-6, a1-globuliini ja a2-globuliini. Jos potilaalle on tehty objektilasit histopatologista diagnoosia varten, myös kudoksen LDH- ja MCT-proteiinin ilmentyminen määritetään.