Hiperpolaryzowane obrazowanie MR za pomocą pirogronianu węgla-13 w organizmie człowieka (POLARIC-13)

Pozytonowa tomografia emisyjna z użyciem fluorodeoksyglukozy 18F (FDG) to konwencjonalna technika obrazowania dostarczająca informacji na temat wychwytu glukozy przez tkanki, która okazała się bardzo skuteczna klinicznie. Nie pozwala jednak na ocenę dalszego metabolizmu, co może być przydatne w diagnostyce i ocenie odpowiedzi na leczenie w przypadku różnych chorób. Pacjenci będą również narażeni na promieniowanie jonizujące, a wielkość ekspozycji może się różnić w zależności od dawki podanego znacznika, częstotliwości badań i czasu trwania każdego badania.

Rezonans magnetyczny (MRI) węglem 13 (13C) jest szczególnie atrakcyjny w obrazowaniu metabolicznym, ponieważ węgiel stanowi szkielet prawie wszystkich cząsteczek organicznych w organizmie. Jednakże niska naturalna zawartość izotopu 13C wynosząca ~1,1% sprawia, że ​​obrazowanie in vivo jest niezwykle trudne. Aby poprawić sygnał MR jąder 13C, sondy są syntetycznie wzbogacane w celu zwiększenia stężenia znacznika 13C w cząsteczce. Sygnał MRI można dodatkowo zwiększyć w procesie hiperpolaryzacji. W niskiej temperaturze i wysokim polu magnetycznym elektrony mają bardzo wysoki poziom polaryzacji (tj. prawie wszystkie elektrony są ustawione w tym samym kierunku). Ten wysoki poziom polaryzacji można przenieść na sondy znakowane 13C, zwiększając ich sygnały MRI. To przeniesienie polaryzacji osiąga się przez zmieszanie rodników (źródło wolnych elektronów) z sondą(ami) wyznakowaną(-ymi) 13C, która ma być hiperpolaryzowana, i umieszczenie mieszaniny w polaryzatorze przy polu magnetycznym zwykle o wartości 3,0–5,0 T i w niskiej temperaturze (około 1 K). Następnie stosuje się promieniowanie mikrofalowe w celu przeniesienia polaryzacji z niesparowanych elektronów w rodniku tritylowym na sondę znakowaną 13C. Końcowy roztwór zachowuje wysoki poziom polaryzacji i można go formułować tak, aby miał fizjologiczne pH, osmolarność i temperaturę do wstrzykiwania in vivo i badań metabolicznych.

Dzięki tej technice polaryzacja wzrasta do około 30–40%, co stanowi wzrost od ponad 10 000 do 100 000 razy, radykalnie zwiększając w ten sposób sygnał MRI (ryc. 1). Jednakże wzmocniony sygnał jest zazwyczaj dostępny tylko przez krótki okres czasu (1-2 minuty), w miarę jak polaryzacja powraca do poziomu równowagi termicznej. Dlatego potrzebne jest szybkie obrazowanie, aby uzyskać dane metaboliczne o wysokim stosunku sygnału do szumu przy minimalnej utracie polaryzacji i zmierzyć szybkie procesy metaboliczne.

Do chwili obecnej technikę obrazowania hiperpolaryzowanego przeprowadzono u ponad 800 zdrowych ochotników i pacjentów; oraz w ponad 1200 badaniach w różnych stanach klinicznych.

HIPOTEZA I CELE:

To badanie weryfikujące koncepcję mające na celu wykazanie wykonalności i zastosowania obrazowania hiperpolaryzowanego 13C u zdrowych mieszkańców Singapuru i pacjentów z chorobami sercowo-naczyniowymi/kardiometabolicznymi.

1. Ustalenie zakresów referencyjnych produktów metabolicznych hiperpolaryzowanego pirogronianu 13C (mleczan, alanina i wodorowęglan) u zdrowych ochotników i zbadanie powtarzalności sekwencji obrazowania hiperpolaryzowanego 13C.
2. Rozwój zastosowania obrazowania hiperpolaryzowanego 13C u pacjentów z chorobami układu krążenia i kardiometabolicznymi.