Risonanza magnetica 129Xe iperpolarizzata per l'imaging della funzione polmonare

Si prevede che l'imaging non invasivo della funzione polmonare fornisca approfondimenti critici necessari per stimolare i progressi nella caratterizzazione e nel trattamento delle malattie polmonari croniche. L'attuale misura diagnostica primaria è il test di funzionalità polmonare (PFT), che è stato introdotto a metà del XIX secolo, ma rimane ancora oggi lo standard di cura. I PFT hanno il vantaggio di essere non invasivi e ampiamente disponibili, ma soffrono di scarsa sensibilità ed elevata variabilità. Pertanto, le PFT sono inefficaci nel valutare la risposta terapeutica o la progressione della malattia su scale temporali ragionevoli, data la frequente eterogeneità della malattia e dei meccanismi compensatori del polmone.

È stato a lungo apprezzato che il miglioramento della sensibilità richieda una valutazione regionale dei polmoni. A tal fine, i metodi, come la tomografia computerizzata (TC), forniscono approfondimenti sulla struttura polmonare, ma la funzione polmonare deve essere dedotta. Tuttavia, di maggiore preoccupazione è l'elevata dose di radiazioni associata alla TC, che preclude frequenti imaging di follow-up longitudinale. In alternativa, l'imaging regionale sia della ventilazione che della perfusione è possibile utilizzando tecniche di medicina nucleare come la scintigrafia planare, la tomografia computerizzata a singolo fotone (SPECT) o la tomografia a emissione di positroni (PET). Tuttavia, come con l'imaging TC, tutte queste modalità espongono il soggetto a radiazioni ionizzanti e non possono essere applicate in serie senza una necessità clinica impellente. Inoltre, queste modalità di imaging nucleare soffrono di scarsa risoluzione spaziale e temporale.

Il ruolo chiave della risonanza magnetica HP 129Xe è che può consentire l'imaging non invasivo ad alta risoluzione di tutti gli aspetti della struttura e della funzione polmonare. Recentemente abbiamo dimostrato che la risonanza magnetica HP 129Xe visualizza la ventilazione polmonare ad alta risoluzione, nonché la capacità di mostrare anomalie della microstruttura alveolare associate al fenotipo dell'enfisema della BPCO. Abbiamo anche dimostrato la capacità fondamentalmente nuova di visualizzare direttamente l'assorbimento di 129Xe nel sangue e nei tessuti capillari polmonari, che può fornire un quadro ancora più completo della funzione polmonare fornendo informazioni sullo scambio di gas regionale.

Lo xeno è un gas nobile che non viene alterato chimicamente dall'organismo. Una piccola frazione della Xe inalata viene assorbita nel flusso sanguigno e ha effetti anestetici documentati a concentrazioni moderate. I livelli di gas utilizzati in questo protocollo rientrano nei limiti di sicurezza precedentemente derivati ​​sia per gli animali che per l'uomo. L'isotopo stabile 129Xe può essere iperpolarizzato, che è un mezzo per migliorare il suo segnale MRI grossolano di un fattore di ~ 100.000. Tale potenziamento del segnale rende possibile l'immagine del gas inalato con un'elevata risoluzione spaziale e temporale. Inoltre, le proprietà di 129Xe consentono di acquisire immagini con molteplici forme di contrasto tra cui ventilazione, microstruttura polmonare e scambio gassoso regionale. Poiché la risonanza magnetica 129Xe non utilizza radiazioni ionizzanti e solo un agente di contrasto gassoso inalato, ha il potenziale per essere utilizzata in studi longitudinali per testare gli effetti della terapia o monitorare la progressione della malattia in modo non invasivo.