stringtranslate.com

Позитронно-эмиссионная томография мозга

Позитронно-эмиссионная томография мозга — это форма позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), которая используется для измерения метаболизма мозга и распределения экзогенных радиоактивно меченых химических веществ по всему мозгу. ПЭТ измеряет выбросы радиоактивно меченых метаболически активных химических веществ, которые были введены в кровоток. Данные об выбросах с ПЭТ мозга обрабатываются компьютером для получения многомерных изображений распределения химических веществ по всему мозгу. [1] : 57 

Процесс

Используемые радиоизотопы , испускающие позитроны , обычно производятся циклотроном , а химические вещества маркируются этими радиоактивными атомами. Радиоизотопы, используемые в клиниках, обычно представляют собой 18F (фторид) , 11C (углерод) и 15O (кислород) . Меченое соединение, называемое радиоактивным индикатором или радиолигандом , вводится в кровоток и в конечном итоге попадает в мозг через кровообращение. Детекторы в ПЭТ-сканере обнаруживают радиоактивность, когда соединение заряжается в различных областях мозга. Компьютер использует данные, собранные детекторами, для создания многомерных (обычно 3-мерных объемных или 4-мерных, изменяющихся во времени) изображений, которые показывают распределение радиоактивного индикатора в мозге с течением времени. Особенно полезным является широкий спектр лигандов, используемых для картирования различных аспектов активности нейротрансмиттеров, причем наиболее часто используемым ПЭТ-трейсером является меченая форма глюкозы, такая как фтордезоксиглюкоза ( 18F ) . [2]

Преимущества и недостатки

Наибольшее преимущество сканирования ПЭТ заключается в том, что различные соединения могут показывать поток и кислород , а также метаболизм глюкозы в тканях работающего мозга. Эти измерения отражают объем мозговой активности в различных областях мозга и позволяют нам больше узнать о том, как работает мозг. Сканирование ПЭТ превосходило все другие методы метаболической визуализации с точки зрения разрешения и скорости выполнения (всего 30 секунд), когда они впервые стали доступны. Улучшенное разрешение позволило лучше изучить область мозга, активируемую определенной задачей. Самый большой недостаток сканирования ПЭТ заключается в том, что из-за быстрого затухания радиоактивности оно ограничено мониторингом коротких задач. [1] : 60 

Использует

Изображения, полученные с помощью ПЭТ (аксиальные сечения), которые показывают влияние хронического воздействия наркотиков на различные белки, участвующие в нейротрансмиссии дофамина (ДА), и на функцию мозга (оцениваемую по метаболизму глюкозы в мозге). Хотя некоторые эффекты являются общими для многих наркотиков,... другие более специфичны. К ним относятся снижение... моноаминоксидазы B мозга (...фермента, участвующего в метаболизме ДА) у курильщиков сигарет. Радужная шкала использовалась для кодирования изображений ПЭТ; концентрация радиоактивного индикатора отображается от большей к меньшей как красный > желтый > зеленый > синий. [3]

До того, как использование функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) стало широко распространенным, ПЭТ-сканирование было предпочтительным методом функциональной (в отличие от структурной) визуализации мозга, и оно по-прежнему продолжает вносить большой вклад в нейробиологию . ПЭТ-сканирование также полезно в стереотаксической хирургии под контролем ПЭТ и радиохирургии для лечения внутричерепных опухолей, артериовенозных мальформаций и других хирургически излечимых состояний. [4]

ПЭТ-сканирование также используется для диагностики заболеваний мозга, в первую очередь потому, что опухоли мозга, инсульты и нейродегенеративные заболевания (такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона) вызывают значительные изменения в метаболизме мозга, что, в свою очередь, вызывает обнаруживаемые изменения на ПЭТ-сканировании. ПЭТ, вероятно, наиболее полезна в ранних случаях определенных деменций (классическими примерами являются болезнь Альцгеймера и болезнь Пика ), когда раннее повреждение слишком диффузно и слишком мало влияет на объем мозга и общую структуру, чтобы изменить изображения КТ и стандартной МРТ достаточно, чтобы можно было надежно отличить его от «нормального» диапазона кортикальной атрофии, которая возникает при старении (у многих, но не у всех) людей и которая не вызывает клинической деменции.

ПЭТ также активно используется при рассеянном склерозе и других приобретенных демиелинизирующих синдромах , но в основном для исследования патогенеза, а не для диагностики. Они используют специфические радиолиганды для микроглиальной активности. В настоящее время широко используется 18-кДа транслокаторный белок (TSPO). [5] Также иногда проводится комбинированная ПЭТ-КТ . [6]

Типы трассировщиков

ПЭТ-визуализация с использованием кислорода -15 косвенно измеряет приток крови к мозгу. В этом методе повышенный сигнал радиоактивности указывает на повышенный приток крови, который, как предполагается, коррелирует с повышенной активностью мозга. Из-за своего 2-минутного периода полураспада O-15 должен подаваться по трубам напрямую из медицинского циклотрона для такого использования, что затруднительно.

ПЭТ-визуализация с 18F-ФДГ использует тот факт, что мозг обычно быстро потребляет глюкозу. Стандартная ПЭТ-исследование мозга с 18F-ФДГ измеряет региональное использование глюкозы и может использоваться в нейропатологической диагностике.

Разработка ряда новых зондов для неинвазивной in vivo ПЭТ-визуализации нейроагрегатов в мозге человека вывела визуализацию амилоида на порог клинического использования. Самые ранние зонды для визуализации амилоида включали 2-(1-{6-[(2-[ 18 F]фторэтил)(метил)амино]-2-нафтил}этилиден)малононитрил ([ 18 F]FDDNP) [10], разработанный в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, и N-метил-[ 11 C]2-(4'-метиламинофенил)-6-гидроксибензотиазол [11] (называемый Питтсбургским соединением B ), разработанный в Питтсбургском университете. Эти зонды для визуализации амилоида позволяют визуализировать амилоидные бляшки в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера и могут помочь врачам в постановке положительного клинического диагноза болезни Альцгеймера до смерти и в разработке новых антиамилоидных терапий. [ 11 C]PMP (N-[ 11 C]метилпиперидин-4-ил пропионат) — это новый радиофармацевтический препарат, используемый в ПЭТ-визуализации для определения активности ацетилхолинергической нейротрансмиттерной системы, действуя в качестве субстрата для ацетилхолинэстеразы. Посмертное обследование пациентов с болезнью Альцгеймера показало снижение уровня ацетилхолинэстеразы. [ 11 C]PMP используется для картирования активности ацетилхолинэстеразы в мозге, что может позволить проводить предварительную диагностику болезни Альцгеймера и помогать контролировать лечение болезни Альцгеймера. [12] Компания Avid Radiopharmaceuticals разработала и вывела на рынок соединение под названием флорбетапир , которое использует более длительный радионуклид фтор-18 для обнаружения амилоидных бляшек с помощью ПЭТ-сканирования. [13]

Специализированные устройства ПЭТ для исследования мозга

NeuroLF — специализированная система ПЭТ для исследования мозга. Фото предоставлено Positrigo AG, Швейцария

В 2019 году Катана и др. [14] опубликовали обзорную статью о «Разработке специализированных устройств ПЭТ-визуализации мозга: последние достижения и будущие перспективы». Различные компании по всему миру работают над разработкой специализированной системы ПЭТ-исследования мозга для чистого исследования и/или клинического рутинного использования. Одной из таких компаний является Positrigo, которая работает над системой NeuroLF.

Вызовы

Одной из основных проблем разработки новых ПЭТ-трейсеров для нейровизуализации является то, что эти трейсеры должны пересекать гематоэнцефалический барьер. Обычно используются небольшие молекулы , которые являются жирорастворимыми, поскольку они могут проходить гематоэнцефалический барьер посредством пассивной диффузии, опосредованной липидами .

Однако, поскольку фармацевтика движется к большим биомолекулам для терапии, новые исследования также сосредоточены на использовании биомолекул, таких как антитела , для ПЭТ-трейсеров. Эти новые более крупные ПЭТ-трейсеры имеют повышенные трудности с прохождением через ГЭБ, поскольку они слишком велики, чтобы пассивно диффундировать через него. Поэтому недавние исследования изучают методы переноса биомолекул через ГЭБ с использованием эндогенных транспортных систем, включая транспортеры, опосредованные переносчиками, такие как переносчики глюкозы и аминокислот, опосредованный рецепторами трансцитоз для инсулина или трансферрина . [15]

Ссылки

  1. ^ аб Нильссон Л.Г., Маркович Х.Дж. (1999). Когнитивная нейронаука памяти . Сиэтл: Hogrefe & Huber Publishers. п. 57.
  2. ^ Валлабхаджосула, Шанкар (2009). Молекулярная визуализация: радиофармпрепараты для ПЭТ и ОФЭКТ . Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-76735-0. OCLC  437345781.[ нужна страница ]
  3. ^ Volkow ND, Fowler JS, Wang GJ (май 2003 г.). «Зависимый человеческий мозг: выводы из исследований с использованием визуализации». Журнал клинических исследований . 111 (10): 1444–51. doi :10.1172/jci18533. PMC 155054. PMID  12750391 . 
  4. ^ Левивье, Марк; Массажер, Николя; Виклер, Дэвид; Лоренцони, Хосе; Руис, Сальвадор; Девриндт, Даниэль; Дэвид, Филипп; Десмедт, Франсуаза; Саймон, Стефан; Утте, Поль Ван; Бротчи, Жак; Голдман, Серж (1 июля 2004 г.). «Использование стереотаксических ПЭТ-изображений в дозиметрическом планировании радиохирургии опухолей головного мозга: клинический опыт и предлагаемая классификация». Журнал ядерной медицины . 45 (7): 1146–1154. PMID  15235060.
  5. ^ Airas L, Nylund M, Rissanen E (март 2018 г.). «Оценка активации микроглии у пациентов с рассеянным склерозом с использованием позитронно-эмиссионной томографии». Frontiers in Neurology . 9 : 181. doi : 10.3389/fneur.2018.00181 . PMC 5879102. PMID  29632509 . 
  6. ^ Malo-Pion C, Lambert R, Décarie JC, Turpin S (февраль 2018 г.). «Визуализация приобретенного демиелинизирующего синдрома с помощью ПЭТ/КТ с 18F-ФДГ». Клиническая ядерная медицина . 43 (2): 103–105. doi :10.1097/RLU.0000000000001916. PMID  29215409.
  7. ^ Насу, Сейджи; Хата, Такаши; Накадзима, Тоору; Сузуки, Ютака (май 2002 г.). «Оценка ПЭТ 18 F-ФДГ при остром ишемическом инсульте: оценка гипернакопления вокруг поражения». Каку Игаку . 39 (2): 103–110. OCLC  111541783. PMID  12058418. NAID  10025136171.
  8. ^ Дердейн, Колин П.; Видин, Том О.; Симмонс, Николас Р.; Юндт, Кент Д.; Фрич, Сюзанна М.; Грабб, Роберт Л.; Пауэрс, Уильям Дж. (август 1999 г.). «Метод ПЭТ на основе подсчета для прогнозирования ишемического инсульта у пациентов с симптоматической окклюзией сонной артерии». Радиология . 212 (2): 499–506. doi :10.1148/radiology.212.2.r99au27499. PMID  10429709.
  9. ^ Read, SJ; Hirano, T.; Abbott, DF; Sachinidis, JI; Tochon-Danguy, HJ; Chan, JG; Egan, GF; Scott, AM; Bladin, CF; McKay, WJ; Donnan, GA (1 декабря 1998 г.). «Определение гипоксической ткани после острого ишемического инсульта с использованием ПЭТ и 18F-фтормисонидазола». Neurology . 51 (6): 1617–1621. doi :10.1212/WNL.51.6.1617. PMID  9855512. S2CID  34075.
  10. ^ Agdeppa ED, Kepe V, Liu J, Flores-Torres S, Satyamurthy N, Petric A и др. (декабрь 2001 г.). "Характеристики связывания радиофторированных производных 6-диалкиламино-2-нафтилэтилидена в качестве зондов для визуализации позитронной эмиссионной томографии для обнаружения бета-амилоидных бляшек при болезни Альцгеймера". The Journal of Neuroscience . 21 (24): RC189. doi :10.1523/JNEUROSCI.21-24-j0004.2001. PMC 6763047 . PMID  11734604. 
  11. ^ Mathis CA, Bacskai BJ, Kajdasz ST, McLellan ME, Frosch MP, Hyman BT и др. (февраль 2002 г.). «Липофильное производное тиофлавина-T для визуализации амилоида в мозге с помощью позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ)». Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters . 12 (3): 295–8. doi :10.1016/S0960-894X(01)00734-X. PMID  11814781.
  12. ^ Kuhl, DE; Koeppe, RA; Minoshima, S.; Snyder, SE; Ficaro, EP; Foster, NL; Frey, KA; Kilbourn, MR (1 марта 1999 г.). «Картирование in vivo активности церебральной ацетилхолинэстеразы при старении и болезни Альцгеймера». Neurology . 52 (4): 691–699. doi :10.1212/wnl.52.4.691. PMID  10078712. S2CID  11057426.
  13. ^ Колата, Джина (24 июня 2010 г.). «Возможность обнаружения болезни Альцгеймера». The New York Times .
  14. ^ Catana, Ciprian (2019). «Разработка специализированных устройств для ПЭТ-визуализации мозга: последние достижения и будущие перспективы». Журнал ядерной медицины . 60 (8): 1044–1052. doi : 10.2967/jnumed.118.217901. PMC 6681695. PMID 31028166  . 
  15. ^ Sehlin D, Syvänen S (декабрь 2019 г.). «Сконструированные антитела: новые возможности для ПЭТ мозга?». European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging . 46 (13): 2848–2858. doi :10.1007/s00259-019-04426-0. PMC 6879437. PMID  31342134 .