Hiperpolaryzowany MRI 129Xe do obrazowania czynności płuc

Oczekuje się, że nieinwazyjne obrazowanie funkcji płuc dostarczy krytycznych informacji potrzebnych do przyspieszenia postępu w charakteryzowaniu i leczeniu przewlekłych chorób płuc. Obecnym podstawowym środkiem diagnostycznym jest test czynności płuc (PFT), który został wprowadzony w połowie XIX wieku, ale do dziś pozostaje standardem opieki. PFT mają tę zaletę, że są nieinwazyjne i szeroko dostępne, ale mają słabą czułość i dużą zmienność. Zatem PFT są nieskuteczne w ocenie odpowiedzi terapeutycznej lub progresji choroby w rozsądnych skalach czasowych, biorąc pod uwagę częstą heterogeniczność choroby i mechanizmy kompensacyjne płuc.

Od dawna wiadomo, że poprawa wrażliwości wymaga regionalnej oceny płuc. W tym celu metody, takie jak tomografia komputerowa (CT), zapewniają wgląd w strukturę płuc, ale czynność płuc należy wywnioskować. Jednak większy niepokój budzi wysoka dawka promieniowania związana z tomografią komputerową, która wyklucza częste badania podłużne. Alternatywnie możliwe jest regionalne obrazowanie zarówno wentylacji, jak i perfuzji przy użyciu technik medycyny nuklearnej, takich jak scyntygrafia planarna, tomografia komputerowa pojedynczego fotonu (SPECT) lub pozytonowa tomografia emisyjna (PET). Jednak, podobnie jak w przypadku obrazowania CT, wszystkie te metody narażają pacjenta na promieniowanie jonizujące i nie mogą być stosowane seryjnie bez istotnej potrzeby klinicznej. Co więcej, te metody obrazowania jądrowego mają słabą rozdzielczość przestrzenną i czasową.

Kluczową rolą HP 129Xe MRI jest umożliwienie nieinwazyjnego obrazowania w wysokiej rozdzielczości wszystkich aspektów struktury i funkcji płuc. Niedawno pokazaliśmy, że HP 129Xe MRI wizualizuje wentylację płuc w wysokiej rozdzielczości, a także umożliwia pokazanie nieprawidłowości mikrostruktury pęcherzyków płucnych, które są związane z fenotypem rozedmy płuc w POChP. Wykazaliśmy również całkowicie nową zdolność do bezpośredniej wizualizacji wychwytu 129Xe do płucnej krwi i tkanek włośniczkowych, co może zapewnić jeszcze pełniejszy obraz funkcji płuc poprzez dostarczanie informacji o regionalnej wymianie gazowej.

Ksenon jest gazem szlachetnym, który nie jest chemicznie modyfikowany przez organizm. Niewielka część wdychanego Xe jest wchłaniana do krwioobiegu i ma udokumentowane działanie znieczulające w umiarkowanych stężeniach. Poziomy gazu stosowanego w tym protokole mieszczą się w ustalonych wcześniej bezpiecznych granicach zarówno dla zwierząt, jak i ludzi. Stabilny izotop 129Xe może być hiperpolaryzowany, co jest sposobem na wzmocnienie jego sygnału MRI brutto o współczynnik ~100 000. Takie wzmocnienie sygnału umożliwia obrazowanie wdychanego gazu z dużą rozdzielczością przestrzenną i czasową. Ponadto właściwości 129Xe umożliwiają uzyskiwanie obrazów z wieloma formami kontrastu, w tym wentylacją, mikrostrukturą płuc i regionalną wymianą gazową. Ponieważ 129Xe MRI nie wykorzystuje promieniowania jonizującego, a jedynie wziewny gazowy środek kontrastowy, może być stosowany w badaniach podłużnych do nieinwazyjnego testowania efektów terapii lub monitorowania postępu choroby.