Multiplex-PET kann zwei Radiotracer in einem einzigen Scan abbilden – Physics World

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist eine medizinische Bildgebungstechnologie, die sowohl für klinische als auch für präklinische Anwendungen weit verbreitet ist. In der Krebsbehandlung der Radiotracer ¹⁸F-FDG (Fluor-18-fluordesoxyglucose) wird in PET/CT-Scans verwendet, um eine erhöhte Glukoseaufnahme zu identifizieren, ein Kennzeichen von Krebszellen. Und Forscher haben zahlreiche zusätzliche Radiotracer entwickelt, um auf andere krankheitsspezifische Marker abzuzielen.

PET erkennt zwei 511-keV-Vernichtungsphotonen, die entstehen, wenn ein vom Radiotracer emittiertes Positron mit einem Elektron im Körper vernichtet. Da jedoch alle PET-Isotope die gleichen zwei 511-keV-Photonen erzeugen, ist es immer nur möglich, jeweils einen Radiotracer abzubilden. Um Signaturen von mehr als einem Tracer zu erkennen, sind aufeinanderfolgende PET-Scans erforderlich. Dies ist jedoch kostspielig, hängt davon ab, dass ein Tracer im Laufe der Zeit ausreichend zerfällt, und erhöht die Strahlenbelastung des Patienten durch die begleitenden CT-Scans.

Um diese Einschränkung zu beheben, hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Jan Grimm at Memorial Sloan Kettering Cancer Center und Joaquin Herraiz at Complutense Universität Madrid hat eine neue Bildrekonstruktionsmethode entwickelt, die dies ermöglicht in vivo Bildgebung von zwei verschiedenen PET-Tracern gleichzeitig. Die Forscher beschreiben ihre Technik, Multiplexed PET (mPET) genannt, in Natur Biomedizintechnik.

„Dieser Fortschritt könnte dazu beitragen, die Tiefe der molekularen Informationen zu erhöhen, die während eines einzelnen Scans erreichbar sind, und Wissenschaftlern und Radiologen gleichermaßen zeitnahere Informationen für eine Diagnose und Stadieneinteilung zu liefern, die mit einer Biopsie nicht möglich wären“, erklärt Co-Hauptautor Grimm in einer Pressemitteilung .

Ausnutzung der Prompt-Gammas

PET-Bilder werden mithilfe von Antwortlinien (LORs) zwischen Detektorpaaren erstellt, die zwei Vernichtungsphotonen („doppelte“ Ereignisse) innerhalb eines Koinzidenzzeitfensters von etwa 3.5 ns erkennen. Einige Positronen emittierende Isotope emittieren auch ein zusätzliches sofortiges Gammaphoton. Wenn dies innerhalb des Koinzidenzfensters erkannt wird, führt es zu einem „dreifachen“ Ereignis, das normalerweise als falsch angesehen und nicht rekonstruiert wird. Bei medizinischen Untersuchungen werden solche Isotope häufig vermieden.

Aber Erstautor Edwin Pratt und Kollegen haben gezeigt, wie man diese sofortige Gammaemission nutzen kann, um in einem PET-Scan zwischen zwei Radiotracern zu unterscheiden. Durch die Vergrößerung des Koinzidenzenergiefensters, um die sofortige Gammaemission einzubeziehen, und die Entwicklung einer Methode zur Trennung und Rekonstruktion von Doppelkoinzidenzen von Dreifachkoinzidenzen können sie für jeden PET-Scan zwei separate Datensätze generieren.

Diese Datensätze können verwendet werden, um quantitative Bilder von zwei gleichzeitig verabreichten PET-Radiotracern zu erstellen, mit einer ähnlichen Leistung wie zwei separate Aufnahmen. „Durch die Verwendung eines geeigneten Radiotracer-Paars (einer enthält ein Standard-Positronen emittierendes Isotop und der andere ein Isotop, das auch ein sofortiges Gamma emittiert) und einer geeigneten Bildrekonstruktionsmethode (mPET) kann in den meisten Fällen eine echte simultane Doppelisotopen-PET-Bildgebung erreicht werden aktuelle PET-Scanner ohne Modifikationen oder die Notwendigkeit einer Energieunterscheidung“, sagt Co-Senior-Autor Herraiz.

Die Forscher testeten zunächst die Machbarkeit ihrer mPET-Methode an einem präklinischen und einem klinischen PET-Scanner. Sie bildeten Phantome ab, die das doppelt emittierende Isotop Zirkonium-89 enthielten (⁸⁹Zr) und das dreifach emittierende Jod-124 (¹²⁴ICH). Sie fanden heraus, dass beide Systeme Daten erfassen konnten, die für die mPET-Trennung geeignet waren, und dass die mPET-Rekonstruktionsmethode zwei Isotopenbilder gleichzeitig erstellen konnte. Dann zogen sie um in vivo präklinische Experimente.

Bei Mäusen mit Melanomtumoren verwendeten die Forscher mPET, um die Bioverteilungen zweier injizierter Radiotracer zu verfolgen: ¹²⁴I-Trametinib, das auf proliferierendes Gewebe abzielt; Und ¹⁸F-FDG, das auf die Glukoseaktivität abzielt. Bei der Trennung der Doppel- und Dreifachereignisse beobachteten sie zwei unterschiedliche Bioverteilungen der beiden Tracer. Sie bildeten auch Mäuse ab, die verschiedene Arzneimitteltherapien erhielten, und stellten fest, dass die duale Bildgebung mit mPET verwendet werden könnte, um die Auswirkungen der Arzneimittel auf den Tumor zu verfolgen und gleichzeitig ein Standard-FDG-PET-Bild beizubehalten.

Verfolgung der Medikamentenlieferung

Nanopartikel werden häufig als Arzneimittelträger und als Wirkstoffe zur Veränderung der Bioverteilung von Arzneimitteln eingesetzt, wodurch im Idealfall die Abgabe außerhalb des Ziels verringert wird. Häufig wird eine solche Arzneimittelabgabe beurteilt, indem man die radioaktiv markierten Nanopartikel verfolgt und davon ausgeht, dass die Arzneimittelverteilung dieselbe ist. Dies ist jedoch möglicherweise nicht immer der Fall. Um dies weiter zu untersuchen, verwendeten Pratt und Kollegen mPET, um ein radioaktiv markiertes Medikament und ein Nanopartikel nichtinvasiv getrennt zu überwachen und zu quantifizieren.

Das Team verwaltete ⁸⁹Mit dem Krebsmedikament beladene Zr-Ferumoxytol-Nanopartikel ¹²⁴I-Trametinib an eine Melanom-tragende Maus. Die Verwendung von mPET zur Trennung der Signale des Arzneimittels und des Nanopartikels ergab, dass die Arzneimittelverteilung kurz nach der Injektion nicht mit der des Träger-Nanopartikels übereinstimmte. Dieser Befund lässt darauf schließen, dass sich der Großteil des Arzneimittels unerwartet schnell dissoziiert hatte in vivo, was eine wertvolle Anwendung dieser neuen Technik demonstriert.

Die Forscher verwendeten mPET auch zur Verfolgung von CAR-T-Zellen, die in der Immuntherapie zur Bekämpfung von Prostata-spezifischen Membranantigen (PSMA)-positiven Tumoren eingesetzt werden. Bei Mäusen mit einem PSMA-positiven Tumor verwendeten sie ¹²⁴Ich möchte die Verteilung von CAR-T-Zellen und Gallium-68 visualisieren (⁶⁸Ga)-PSMA-11 zur gleichzeitigen Messung der Lokalisierung und Expression von PSMA-positiven Tumoren.

Die Fähigkeit von mPET, die beiden Radiotracer zu trennen, zeigte, dass es unterschiedliche Verteilungen gab ⁶⁸Ga-PSMA-11 im Tumor, in den Nieren und in der Blase ¹²⁴Bei mir wurden Tumor, Schilddrüse, Nieren, Magen und Blase gefunden. Axiale Schnitte durch den Tumor zeigten unterschiedliche intratumorale Verteilungen der beiden Tracer. Die mPET-Rekonstruktion bot eine Möglichkeit, das Targeting von CAR-T-Zellen zu verfolgen und gleichzeitig die PSMA-Expression während desselben PET-Scans zu bestätigen.

Kompakter Strahlungsdetektor könnte den Einsatz von dynamischer PET beschleunigen

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass mPET durch die Zugabe eines zweiten Tracers zusätzliche Informationen liefert und dabei viele Isotope nutzt, die aufgrund ihrer zusätzlichen Gammaemissionen bisher als problematisch galten. Sie betonen, dass mPET sowohl auf präklinischen als auch auf klinischen PET/CT-Systemen implementiert werden kann, ohne dass Änderungen an Hardware oder Bilderfassungssoftware erforderlich sind. „Das Schöne ist, dass mPET sofort klinisch übersetzbar ist“, sagt Pratt. „Der Ansatz kann mit minimalen Modifikationen auf den meisten vorhandenen Maschinen durchgeführt werden.“

Der nächste Schritt werde darin bestehen, mPET auf verschiedene Studien anzuwenden, sagen die Forscher Physik-Welt. Dazu gehört die Verwendung von mPET zur Identifizierung der Therapieresistenz von Krebs, die Bewertung mit anderen Positronen-Gamma-Strahlern, die Erweiterung seiner Fähigkeiten auf die gleichzeitige Abbildung von mehr als zwei Isotopen und das Testen in der Klinik mit Patienten in der richtigen Umgebung.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/multiplexed-pet-can-image-two-radiotracers-in-a-single-scan/