Hyperpolariserad 129Xe MRI för avbildning av lungfunktion

Icke-invasiv avbildning av lungfunktion förväntas ge kritiska insikter som behövs för att stimulera framsteg i karakterisering och behandling av kroniska lungsjukdomar. Den nuvarande primära diagnostiska åtgärden är lungfunktionstestning (PFT), som introducerades i mitten av 1800-talet, men som fortfarande är standarden på vården idag. PFT:er har fördelen av att vara icke-invasiva och allmänt tillgängliga, men lider av dålig känslighet och stor variation. Således är PFTs ineffektiva för att bedöma terapeutiskt svar eller sjukdomsprogression på rimliga tidsskalor, med tanke på den frekventa heterogeniteten av sjukdomar och lungans kompensatoriska mekanismer.

Det har länge insetts att en förbättring av känsligheten kräver en regional bedömning av lungorna. För detta ändamål ger metoder, såsom datortomografi (CT), insikter i lungstrukturen, men lungfunktionen måste härledas. Mer oroande är dock den höga stråldosen som är förknippad med CT, vilket utesluter frekventa longitudinella uppföljningsbilder. Alternativt är regional avbildning av både ventilation och perfusion möjlig med hjälp av nuklearmedicinska tekniker som planar scintigrafi, enkelfoton-datortomografi (SPECT) eller positronemissionstomografi (PET). Men som med CT-avbildning, utsätter alla dessa modaliteter patienten för joniserande strålning och kan inte appliceras i serie utan ett övertygande kliniskt behov. Dessutom lider dessa nukleära avbildningsmodaliteter av dålig rumslig och tidsmässig upplösning.

Nyckelrollen för HP 129Xe MRI är att den kan möjliggöra icke-invasiv högupplöst avbildning av alla aspekter av lungstruktur och funktion. Vi har nyligen visat HP 129Xe MRI för att visualisera lungventilation med hög upplösning, samt förmågan att visa avvikelser i den alveolära mikrostrukturen som är associerade med emfysemfenotypen av KOL. Vi har också visat den fundamentalt nya förmågan att direkt visualisera upptaget av 129Xe i lungkapillärblodet och vävnaderna, vilket kan ge en ännu mer komplett bild av lungfunktionen genom att tillhandahålla regional gasutbytesinformation.

Xenon är en ädelgas som inte förändras kemiskt av kroppen. En liten del av det inhalerade Xe absorberas i blodomloppet och har dokumenterade bedövningseffekter vid måttliga koncentrationer. Nivåerna av gas som används i detta protokoll ligger inom de tidigare härledda säkra gränserna för både djur och människor. Den stabila isotopen 129Xe kan hyperpolariseras, vilket är ett sätt att förbättra dess brutto MRI-signal med en faktor på ~100 000. Sådan signalförstärkning gör det möjligt att avbilda den inhalerade gasen med hög rumslig och tidsmässig upplösning. Dessutom möjliggör egenskaperna hos 129Xe att bilder kan förvärvas med flera former av kontrast inklusive ventilation, lungmikrostruktur och regionalt gasutbyte. Eftersom 129Xe MRI inte använder någon joniserande strålning, och endast ett inhalerat gaskontrastmedel, har det potential att användas i longitudinella studier för att testa effekterna av terapi eller övervaka sjukdomsprogression på ett icke-invasivt sätt.