Гиперполяризованная магнитно-резонансная томография с пируватом углерода-13 в организме человека (POLARIC-13)

Позитронно-эмиссионная томография с 18F-фтордезоксиглюкозой (ФДГ) является традиционным методом визуализации, позволяющим получить информацию о поглощении глюкозы тканями, и имеет большой клинический успех. Однако он не может оценить последующий метаболизм, что может быть полезно при диагностике и оценке ответа на лечение при различных заболеваниях. Пациенты также будут подвергаться ионизирующему излучению, степень воздействия может варьироваться в зависимости от дозы введенного индикатора, частоты сканирования и продолжительности каждого сканирования.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) углерода 13 (13C) особенно привлекательна для визуализации метаболических процессов, поскольку углерод служит основой почти всех органических молекул в организме. Однако низкое естественное содержание изотопа 13C (~ 1,1%) сделало визуализацию in vivo чрезвычайно сложной задачей. Чтобы улучшить МР-сигнал ядер 13C, зонды обогащают синтетическим путем, чтобы увеличить концентрацию метки 13C в молекуле. Сигнал МРТ может быть дополнительно усилен за счет процесса гиперполяризации. При низкой температуре и сильном магнитном поле электроны имеют очень высокий уровень поляризации (т. е. почти все электроны ориентированы в одном направлении). Этот высокий уровень поляризации можно передать на зонды, меченные 13C, увеличивая их сигналы МРТ. Эта передача поляризации достигается путем смешивания радикалов (источника свободных электронов) с меченными 13C зондами, подлежащими гиперполяризации, и помещения смеси в поляризатор с магнитным полем обычно 3,0–5,0. Т и при низкой температуре (около 1 К). Затем применяется микроволновое облучение для передачи поляризации от неспаренных электронов тритильного радикала к зонду, меченному 13C. Конечный раствор сохраняет высокий уровень поляризации и может быть составлен с учетом физиологического pH, осмолярности и температуры для инъекций in vivo и метаболических исследований.

При использовании этого метода поляризация увеличивается примерно до 30–40%, то есть в более чем 10 000–100 000 раз, тем самым значительно увеличивая сигнал МРТ (рис. 1). Однако усиленный сигнал обычно доступен только в течение короткого периода времени (1-2 минуты), поскольку поляризация возвращается к своему уровню теплового равновесия. Следовательно, необходима быстрая визуализация для получения метаболических данных с высоким соотношением сигнал/шум с минимальной потерей поляризации и для измерения быстрых метаболических процессов.

На сегодняшний день метод гиперполяризованной визуализации был применен более чем у 800 здоровых добровольцев и пациентов; и в более чем 1200 исследованиях в различных клинических условиях.

ГИПОТЕЗА И ЦЕЛИ:

Это исследование, подтверждающее концепцию, призвано продемонстрировать возможность и применение гиперполяризованной визуализации 13C у здоровых жителей Сингапура и пациентов с сердечно-сосудистыми / кардиометаболическими заболеваниями.

1. Установить референтные диапазоны продуктов метаболизма гиперполяризованного 13C-пирувата (лактат, аланин и бикарбонат) у здоровых добровольцев и изучить повторяемость последовательностей гиперполяризованных изображений 13C.
2. Разработать применение гиперполяризованной визуализации 13С у пациентов с сердечно-сосудистыми и кардиометаболическими заболеваниями.