Hyperpolarisert MR-avbildning med karbon-13-pyruvat i menneskekroppen (POLARIC-13)

Positronemisjonstomografi med 18F fluordeoksyglukose (FDG) er den konvensjonelle bildeteknikken for å gi informasjon om opptak av vevsglukose og har vært svært klinisk vellykket. Den kan imidlertid ikke vurdere nedstrøms metabolisme, noe som kan være nyttig i diagnostisering og vurdering av behandlingsrespons ved en rekke sykdommer. Pasienter vil også bli eksponert for ioniserende stråling, mengden eksponering kan variere avhengig av dosen av sporstoff som administreres, frekvensen av skanningene og varigheten av hver skanning.

Karbon 13 (13C) magnetisk resonansavbildning (MRI) er spesielt attraktiv for metabolsk avbildning fordi karbon fungerer som ryggraden i nesten alle organiske molekyler i kroppen. Imidlertid har den lave naturlige forekomsten av 13C-isotopen ved ~1,1% gjort in vivo-avbildning ekstremt utfordrende. For å forbedre MR-signalets 13C-kjerner, anrikes prober syntetisk for å øke konsentrasjonen av 13C-merket i et molekyl. MR-signal kan økes ytterligere ved prosessen med hyperpolarisering. Ved lav temperatur og høyt magnetfelt har elektroner et veldig høyt polariseringsnivå (dvs. nesten alle elektronene er justert i samme retning). Dette høye nivået av polarisering kan overføres til 13C-merkede prober, og øker deres MR-signaler. Denne overføringen av polarisering oppnås ved å blande radikaler (en kilde til frie elektroner) med den 13C-merkede sonden(e) som skal hyperpolariseres og plassere blandingen i en polarisator ved et magnetfelt typisk på 3,0-5,0 T og ved lav temperatur (ca. 1 K). Mikrobølgebestråling påføres deretter for å overføre polarisasjonen fra uparrede elektroner i et tritylradikal til den 13C-merkede sonden. Den endelige løsningen beholder et høyt nivå av polarisering og kan formuleres til å være ved fysiologisk pH, osmolaritet og temperatur for in vivo injeksjon og metabolske undersøkelser.

Med denne teknikken øker polarisasjonen til omtrent 30 % - 40 %, en økning på over 10 000 til 100 000 ganger, og øker dermed MR-signalet dramatisk (Figur 1). Det forbedrede signalet er imidlertid vanligvis bare tilgjengelig i en kort periode (1-2 minutter), ettersom polarisasjonen avtar tilbake til sitt termiske likevektsnivå. Derfor er det nødvendig med rask bildebehandling for å skaffe metabolske data med høyt signal-til-støyforhold med minimalt tap av polarisasjon og for å måle raske metabolske prosesser.

Til dags dato har hyperpolarisert avbildningsteknikk blitt utført hos mer enn 800 friske frivillige og pasienter; og i mer enn 1200 studier i ulike kliniske tilstander.

HYPOTESE OG MÅL:

Denne proof-of-concept-studien for å demonstrere gjennomførbarhet og anvendelse av 13C hyperpolarisert avbildning hos friske innbyggere i Singapore og pasienter med kardiovaskulære/kardiometabolske sykdommer.

1. Å etablere referanseområder i de metabolske produktene til hyperpolarisert 13C-pyruvat (laktat, alanin og bikarbonat) hos friske frivillige og undersøke repeterbarheten til de 13C hyperpolariserte bildesekvensene.
2. Å utvikle bruken av 13C hyperpolarisert bildebehandling hos pasienter med kardiovaskulære og kardiometabolske sykdommer.