Imaging RM iperpolarizzato con piruvato di carbonio-13 nel corpo umano (POLARIC-13)

La tomografia a emissione di positroni con fluorodesossiglucosio (FDG) 18F è la tecnica di imaging convenzionale per fornire informazioni sull'assorbimento del glucosio nei tessuti e ha avuto un grande successo clinico. Tuttavia, non può valutare il metabolismo a valle, che può essere utile nella diagnosi e nella valutazione della risposta al trattamento in una varietà di malattie. I pazienti saranno inoltre esposti a radiazioni ionizzanti, la quantità di esposizione può variare a seconda della dose di tracciante somministrata, della frequenza delle scansioni e della durata di ciascuna scansione.

La risonanza magnetica (MRI) con carbonio 13 (13C) è particolarmente interessante per l'imaging metabolico perché il carbonio funge da spina dorsale di quasi tutte le molecole organiche nel corpo. Tuttavia, la bassa abbondanza naturale dell’isotopo 13C pari a circa l’1,1% ha reso l’imaging in vivo estremamente impegnativo. Per migliorare il segnale MR dei nuclei 13C, le sonde vengono arricchite sinteticamente per aumentare la concentrazione del marcatore 13C in una molecola. Il segnale MRI può essere ulteriormente aumentato dal processo di iperpolarizzazione. A bassa temperatura e con un campo magnetico elevato, gli elettroni hanno un livello di polarizzazione molto elevato (cioè quasi tutti gli elettroni sono allineati nella stessa direzione). Questo elevato livello di polarizzazione può essere trasferito a sonde marcate con 13C, aumentando i loro segnali MRI. Questo trasferimento di polarizzazione si ottiene miscelando i radicali (una fonte di elettroni liberi) con le sonde marcate con 13C da iperpolarizzare e posizionando la miscela in un polarizzatore a un campo magnetico tipicamente di 3,0-5,0 T e a bassa temperatura (circa 1 K). Viene quindi applicata l'irradiazione con microonde per trasferire la polarizzazione dagli elettroni spaiati in un radicale tritile alla sonda marcata con 13C. La soluzione finale mantiene un elevato livello di polarizzazione e può essere formulata per essere a pH, osmolarità e temperatura fisiologici per l'iniezione in vivo e le indagini metaboliche.

Con questa tecnica, la polarizzazione aumenta fino a circa il 30%-40%, con un aumento da oltre 10.000 a 100.000 volte, aumentando così notevolmente il segnale MRI (Figura 1). Il segnale potenziato, tuttavia, è generalmente disponibile solo per un breve periodo di tempo (1-2 minuti), poiché la polarizzazione ritorna al livello di equilibrio termico. Pertanto, è necessaria un'imaging rapida per acquisire dati metabolici con un elevato rapporto segnale-rumore con una perdita di polarizzazione minima e per misurare i processi metabolici rapidi.

Ad oggi, la tecnica di imaging iperpolarizzato è stata eseguita su più di 800 volontari e pazienti sani; e in più di 1.200 studi in varie condizioni cliniche.

IPOTESI E OBIETTIVI:

Questo studio dimostrativo è volto a dimostrare la fattibilità e l'applicazione dell'imaging iperpolarizzato 13C nei residenti sani di Singapore e nei pazienti con malattie cardiovascolari/cardiometaboliche.

1. Stabilire intervalli di riferimento nei prodotti metabolici del 13C-piruvato iperpolarizzato (lattato, alanina e bicarbonato) in volontari sani ed esaminare la ripetibilità delle sequenze di imaging iperpolarizzate del 13C.
2. Sviluppare l'applicazione dell'imaging iperpolarizzato 13C in pazienti con malattie cardiovascolari e cardiometaboliche.