Hypergepolariseerde MR-beeldvorming met koolstof-13-pyruvaat in het menselijk lichaam (POLARIC-13)

Positronemissietomografie met 18F-fluordeoxyglucose (FDG) is de conventionele beeldvormingstechniek om informatie te verschaffen over de opname van glucose in weefsels en is zeer klinisch succesvol geweest. Het kan echter het stroomafwaartse metabolisme niet beoordelen, wat nuttig kan zijn bij de diagnose en beoordeling van de behandelingsrespons bij een verscheidenheid aan ziekten. Patiënten zullen ook worden blootgesteld aan ioniserende straling; de hoeveelheid blootstelling kan variëren afhankelijk van de toegediende dosis tracer, de frequentie van de scans en de duur van elke scan.

Koolstof 13 (13C) magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is bijzonder aantrekkelijk voor metabolische beeldvorming omdat koolstof dient als de ruggengraat van bijna alle organische moleculen in het lichaam. De lage natuurlijke overvloed van de 13C-isotoop van ~1,1% heeft in vivo beeldvorming echter uiterst uitdagend gemaakt. Om de 13C-kernen van het MR-signaal te verbeteren, worden probes synthetisch verrijkt om de concentratie van het 13C-label in een molecuul te verhogen. Het MRI-signaal kan verder worden versterkt door het proces van hyperpolarisatie. Bij lage temperaturen en een hoog magnetisch veld hebben elektronen een zeer hoog polarisatieniveau (dwz bijna alle elektronen zijn in dezelfde richting uitgelijnd). Dit hoge polarisatieniveau kan worden overgebracht naar met 13C gelabelde sondes, waardoor hun MRI-signalen worden versterkt. Deze polarisatieoverdracht wordt tot stand gebracht door radicalen (een bron van vrije elektronen) te mengen met de met 13C gelabelde sonde(s) die moeten worden gehyperpolariseerd en het mengsel in een polarisator te plaatsen bij een magnetisch veld van doorgaans 3,0-5,0. T en bij een lage temperatuur (ongeveer 1 K). Vervolgens wordt microgolfbestraling toegepast om de polarisatie van ongepaarde elektronen in een tritylradicaal over te brengen naar de met 13C gemerkte sonde. De uiteindelijke oplossing behoudt een hoog polarisatieniveau en kan worden geformuleerd met een fysiologische pH, osmolariteit en temperatuur voor in vivo injectie en metabolisch onderzoek.

Met deze techniek neemt de polarisatie toe tot ongeveer 30%-40%, een toename van meer dan 10.000 tot 100.000 keer, waardoor het MRI-signaal dramatisch toeneemt (Figuur 1). Het verbeterde signaal is echter doorgaans slechts gedurende een korte periode (1-2 minuten) beschikbaar, omdat de polarisatie terugvalt naar het thermische evenwichtsniveau. Daarom is snelle beeldvorming nodig om metabolische gegevens met een hoge signaal-ruisverhouding te verkrijgen met minimaal polarisatieverlies en om snelle metabolische processen te meten.

Tot op heden is hypergepolariseerde beeldvormingstechniek uitgevoerd bij meer dan 800 gezonde vrijwilligers en patiënten; en in meer dan 1.200 onderzoeken onder verschillende klinische omstandigheden.

HYPOTHESE EN DOELSTELLINGEN:

Deze proof-of-concept studie demonstreert de haalbaarheid en toepassing van 13C hypergepolariseerde beeldvorming bij gezonde inwoners van Singapore en patiënten met cardiovasculaire/cardiometabolische ziekten.

1. Referentiebereiken vaststellen van de metabolische producten van gehyperpolariseerd 13C-pyruvaat (lactaat, alanine en bicarbonaat) bij gezonde vrijwilligers en de herhaalbaarheid van de 13C gehyperpolariseerde beeldsequenties onderzoeken.
2. Het ontwikkelen van de toepassing van 13C hypergepolariseerde beeldvorming bij patiënten met cardiovasculaire en cardiometabolische ziekten.