Yeni Bir Rekonstrüksiyon Algoritması ile PET Görüntüleme Kapasitesini İkiye Katlama

Pozitron Emisyon Tomografisi (PET), kanser teşhisinde olduğu kadar nöroloji ve enfeksiyon alanlarında da büyük ilerlemeler kaydeden invazif olmayan bir görüntüleme yöntemidir. Görüntüleme yönteminin gücü, bir pozitron yayıcı olarak bilinen bir radyoaktif izotopun bir moleküler görüntüleme ajanı ile bağlanmasına dayanır. İzotoplar, dolaşım süresine bağlı olarak moleküler görüntüleme ajanı ile eşleştirilir, ancak PET’in çoğu için bir element sabit kalmıştır; Pozitron yok oluşundan sonra rekonstrüksiyon yöntemi sadece 511 keV fotonları “gördüğü” için görüntüleme için sadece bir izotop kullanılmalıdır. Bu sınırlamaya rağmen PET, belirli antijenlere veya hedeflere görüntüleme ajanları ile güçlendirildiğinde inanılmaz derecede faydalıdır, dokunun belirteç için pozitif veya negatif olarak tanımlanmasına ve yoğunluğun ölçülebilmesine olanak tanır. Saf 511 keV emisyona yönelik bu hedef, PET izotop gelişiminin gürültüyü sınırlandırırken en iyi çözünürlüğü ve bolluğu sağlayan özelliklere odaklanmasına yol açtı.

Madrid bölgesel hükümeti tarafından finanse edilen ve MIT’den Marth Gray tarafından yönetilen yenilikçi ve cesur bir program olan Madrid-MIT m+Vision Konsorsiyumu bünyesinde eş zamanlı çift izotop PET görüntülemeyi mümkün kılacak bu proje, 2011’de başlatıldı. hem Madrid hem de Boston’daki araştırma gruplarıyla işbirliği içinde dünyanın her yerinden bir dizi doktora sonrası araştırmacı tarafından gerçekleştirilecek etkili tıbbi görüntüleme projeleri. Bu programda belirlenen tıbbi ihtiyaçlardan biri, çeşitli preklinik ve klinik uygulamalar için multipleks PET edinimlerine olanak tanıyan PET’teki görüntüleme yoğunluğunun nasıl geliştirileceği sorusuydu. Çoklu radyoizleyici PET, bölme modelleme veya radyoizleyici dağılımına ilişkin ön bilgi kullanılarak zaten kanıtlanmıştı. Aynı yıl, A. Andreyev, A. Celler, pozitron-yayıcı ve pozitron-gama yayıcı izotoplarını birleştiren bir çift izotop PET edinimi gerçekleştirmenin mümkün olabileceğini simülasyonlarla göstermişti. NOT: İstemi gama yayıcılar, örneğin 86Y, 124ben ve 52Mn, pozitronla birlikte bir veya daha fazla ek foton yayan PET izotoplarıdır. Bu standart olmayan PET izotopları, ek fotonlar tipik olarak standart alımlarda PET görüntülerine önemli bir arka plan sağladığından “kirli” olarak kabul edilir. Bununla birlikte, bu ek fotonlar, aşağıdakiler gibi standart PET izotoplarına göre ayrım yapmak için kullanılabilir: 11C, 18F, 64cu veya 68Ga.

Bu nedenle, m+Vision Konsorsiyumu bünyesinde Joaquin L. Herraiz, Vicente Parot, Shivang R. Dave ve Eduardo Lage ile bu yaklaşımı daha da geliştirmek ve Madrid’de gerçek PET tarayıcıları kullanarak çift izotop in-vivo çalışmaları gerçekleştirmek için çalışmaya başladı. Boston. Bu ilk çalışmada A. Andreyev ve A. Celler, ek gama ışınlarının basitçe enerjileriyle tanımlanabileceğini varsaydılar. Bununla birlikte, çoğu PET tarayıcı sabit bir enerji penceresiyle çalışır ve enerji bilgisi genellikle mevcut değildir. m+Vision Konsorsiyumu içinde, preklinik Argus PET/CT tarayıcının (İspanyol Sedecal Molecular Imaging şirketinden) edinme ve yeniden oluşturma yazılımı, bu enerji farklılaşmasını sağlamak ve çift izotop PET görüntüleme gerçekleştirmek için uyarlandı. Boston’da BWH’de Stephen C. Moore ve Mi-Ae Park ve Madrid’de Juanjo Vaquero ve Francisca Mulero ile elde edilen cesaret verici ilk sonuçlara rağmen, geliştirilen ilk yöntemin performansı birkaç veri düzeltmesi (rastgele, dağılım gibi) nedeniyle sınırlıydı. ve ilave fotonların zayıflaması dikkate alındığında üçlü tesadüflerin duyarlılığı) yeterince doğru değildi. Ayrıca, bu yaklaşım belirli bir preklinik tarayıcı için geliştirildiğinden, diğer PET tarayıcılara, özellikle de aygıt yazılımında değişiklik yapılmasına izin verilmeyen klinik tarayıcılara tercüme etmek kolay olmadı.

Tam da bu sınırlamaların aşılması zor göründüğü bir anda, Joaquin L. Herraiz, elde edilen liste modu verileriyle ve enerji ayrımına bağlı kalmadan doğrudan çalışma fikriyle geldi. Bu, herhangi bir tarayıcı değişikliği yapma ihtiyacını ortadan kaldırır ve yöntemi en güncel PET tarayıcılara açabilir. Hemen hemen tüm PET tarayıcılarının, liste modu verilerinde bir dizi bitişik veya neredeyse bitişik çift çakışma olarak üçlü çakışmaları kaydettiğini fark etmek ilginçti. Çifte tesadüflerden en az birinin doğru olacağı ve diğerinin daha sonra düzeltilebilecek tek tip bir arka plan ekleyeceği düşünüldüğünden, çoklu tesadüfler (aynı zaman penceresi içinde tespit edilen birkaç foton) reddedilmez. Bu nedenle, liste modu verileri işlenebilir ve üçlüleri çift tesadüflerden tanımlayabilir ve ayırabilir. Bu, klinik tarayıcılarla çift izotop görüntüleme gerçekleştirme olasılığını açtı. Massachusetts General Hospital’daki Dr. Jose G. Venegas’ta mCT PET tarayıcı ile bazı kavram kanıtlama çalışmaları yapıldı, ancak yöntemin doğruluğunun tamamen güvenilir olması için hala iyileştirilmesi gerekiyordu.

Bu, (Madrid Complutense Üniversitesi’nde çalışmak üzere Madrid’e yeni taşınmış olan) Joaquin L. Herraiz’in, Avrupa Moleküler Görüntüleme Konferansı’nda düzenlenen “bilimsel hızlı randevu”da Jan Grimm ile tanıştığı zamandır. Konuşmaya başladılar ve multipleks PET yönteminin New York’taki Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi’ndeki Dr. Grimm’in Onkolojik Moleküler Görüntüleme Laboratuvarında yürütülen türden araştırma projeleri için çok yararlı olabileceğini fark ettiler ve bu, yöntemi geliştirmeye devam etmek için bir fırsattı. gerekli doğruluk ve güvenilirliğe ulaşır. Birkaç başvurudan sonra başarıyla finanse edilen preklinik Inveon PET/CT tarayıcı ile ikili izotop çalışmaları yapmak için 5 yıllık bir NIH hibesine başvurdular. Bu hibe, yalnızca ilgi çekici ikili izotop çalışmalarının yapılmasına izin vermekle kalmadı, aynı zamanda, özellikle Monte Carlo simülatörü MCGPU-PET’in işbirliğiyle geliştirilmesi ve kullanılmasıyla, mPET çalışmalarını hız ve doğrulukla gerçekleştirmek için gerekli araçları bitirme fırsatı verdi. Andreu Badal (FDA, ABD).

MSKCC’de Ph.D. Öğrenci Edwin C. Pratt ve Dr. Grimm, Inveon PET/CT sisteminde mPET’i test etmekten heyecan duydular. Sistem, olayları liste modu formatında kaydedebildiğinden, Dr. Pratt, mPET yöntemiyle ayrılmış ikili izotop görüntüleri elde edebildi. MSKCC’de elde edilen çalışmalardan elde edilen liste modu verileri, Ph.D. öğrenci Alejandro Lopez-Montes, Prof. Jose M. Udias ve Ph.D. Joaquin L. Herraiz, yeniden yapılandırma ve görüntü ayırma işlemini gerçekleştirebilir. Doktorasına başlayan Alejandro Lopez-Montes. PET görüntü rekonstrüksiyon yöntemleri, standart PET edinimlerine göre yöntemin ek karmaşıklığına rağmen bu yöntemi oldukça heyecan verici buldu. mPET için görüntüler, gelecekteki çalışmalarda kullanılacak her izotop için aynı enerji penceresinde eşlik eden tekdüzelik fantom taramasıyla hızlı bir şekilde kalibre edilebilir. İlk deneysel ayırma çalışmaları, Dr. Lukas Carter’ın yaptığı 3D baskılı bir farenin yardımıyla yapıldı ve klinik öncesi çalışmalar için makul konsantrasyonlarda ve hacimlerde izotop karışımlarının bir titrasyon çalışmasıyla ayırmanın miktarının belirlenmesine ve görsel olarak gözlemlenmesine çok güzel bir şekilde izin verdi. Grup, ilk ayrılmış görüntüleri görmekten heyecan duydu ve yöntem, diğer örneklerle ilerlemek için yeterince niceldi. Bu çalışmanın güzelliği, PET ediniminin tamamlanmış olması ve mPET için yeniden oluşturma yönteminin, ayrımı iyileştirmek için daha iyi yöntemlerle her an yeniden yapılabilmesidir.

Bir sonraki örnek, iki küçük moleküllü radyoizleyici gerektirdi ve hiçbir 124I radyo izleyicileri kolayca bulunabiliyordu ve o sırada Grimm Laboratuvarı trametinib kullanmakla ilgileniyordu. 124Edwin C. Pratt’in bu işi gerçekten daha ileriye taşımak için Journal of Nuclear Medicine’de ayrı olarak yayınladığı trametinib izotopologu. ile ikili küçük molekül örneği 18FDG ve 124mPET ile birlikte verilen I-trametinib, anında zengin bir veri sağladı ve biyolojik değişimleri gösterdi. 18Reseptör tirozin kinaz tedavisinde FDG ve yolun hangi kısmının inhibe edildiğine bağlı olarak tümörün ne kadar iyi bloke edildiği. mPET’i test etmek için bir sonraki örnek iki antikor içeriyordu, çünkü 124Çoğu antikora kolaylıkla eklenebilirim. Başka bir olay dizilişinde Edwin Pratt, başka bir doktora öğrencisi Michael J. Crowley ile akşam yemeği yiyordu ve bağışıklık tepkilerini görüntülemek için hangi hedeflerin keşfedilebileceğini tartışıyordu. Vivek Mittal Laboratuvarı’ndan Mike Crowley, T-hücresinin tükenme durumuna bakarak, in vivo bir akış sitometrisi sonucunu özetlemeyi önerdi. Nihayetinde, tümör yükü ile radyoaktif izleyici alımında farklılıklar buldular, ancak geriye dönüp bakıldığında T hücresi tükenmesini tam olarak aydınlatmak için pek çok şey hala optimize edilebilirdi. Yine de mPET görüntüleme mümkündü.

ile çalışmaya devam etmek 124I-trametinib, Dr. Grimm’s Lab, nanopartikül aracılı iletimi göstermek için inhibitörü ferumoxytole yüklemeye çalıştı. Nanopartikül iletimi, nanopartikül alanında büyük bir odak noktası olmuştur ve seçilen ilacın yerini alan flüoresan görüntüleme kullanılarak dokuya gelişmiş teslimat gösterilmiştir. Burada Edwin C. Pratt, mPET ile hem yükün hem de tümöre iletim aracının izlenebileceğini gerçekten göstermek istedi. İn vitro her şey, önceki deneyimler kadar iyidir (birkaç makalede yayınlanmıştır), trametinib’in partiküle sağlam bir şekilde yüklenmesini önermiştir, ancak mPET, bu durumda ilacın partikülden hızla kaçtığını çok hızlı bir şekilde göstermiştir. Laboratuvar o zamandan beri birkaç başka yükleme yöntemini denedi. 124Nihai olarak özellikle uygulanan pikomolar miktarlarda çok iyi yayıldığını gösteren I-trametinib ve bu nedenle parçacık bazlı uygulama yöntemleri için iyi bir aday değildir. mPET, nanopartikül yüklemenin bu molekül için in vivo olarak zor olacağına dair erken bir okuma verdi, ancak öğrenilmesi gereken önemli bir lezyon. Önceki yayınlanmamış çalışma, trametinib yüklü ferumoxytolün net bir etkisini göstermedi, ancak bunun yükleme miktarı, stabilite veya sadece hedef direnci olup olmadığı net değildi.

Grup, mPET’in dokunun hala pozitif olduğunu doğrularken dokuya iletimi gösterebileceğine dair son ana örneğin canlanmasını istedi. Yine MSKCC’deki Dr. Vladimir Ponomerov Laboratuvarı ile konuşurken, PSMA CAR-T’leri için bir PET muhabiri geliştirmekle ilgilendiler. CAR-T’ye bir sodyum iyodür simporteri tasarlayarak, PET’in yanı sıra biyolüminesans ile T Hücre kaçakçılığını izleyebildiler. İlgi alanlarını birleştiren Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi Dr. Alessia Volpe ve Dr. Edwin C. Pratt, geleneksel ilgi alanlarını birleştirmeyi başardılar. 68ücretsiz Ga-PSMA görüntüleme 124mPET kullanarak aynı anda CAR-T görüntüleme için I. mPET her iki izleyicinin biyolojik dağılımını büyük ölçüde ayırabildiğinden ve özellikle BLI aracılığıyla gösterildiği gibi CAR-T’nin PSMA pozitif tümörde verildiği görüldüğünden, işbirliği ve sonuçlar heyecan vericiydi. Ayrıca, PSMA pozitif tümörde CAR-T’lerin varlığının CAR-T’lerin varlığından farklı olduğunu görmek heyecan vericiydi. 68Her ikisi de aynı yoğunluk ölçeğinde olmasına rağmen tek başına Ga-PSMA

İnceleme sürecinde grup, yöntemin yeniden oluşturma performansını daha iyi tanımlaması için teşvik edildi ve bu iyileştirmelerden mPET yöntemleri geliştirildi, zayıf alanlar belirlendi ve genel olarak yöntemi daha iyi doğruladı. Belki de bu yorumlardan elde edilen en büyük bulgu, üçlü yayıcının çok düşük sayımlarında, rastgele üçlü oran üçlü tesadüfleri aştığında gözlemlenen pozitif yanlılıktı. Bu bulgu, Dr. Joaquin L. Herraiz’i bu yeniden yapılandırmayı geliştirmek için yapay zeka tabanlı öğrenme yöntemlerini keşfetmeye yönlendirdi ve önemli bir gelişme olabilir.

Genel olarak, bu çalışma gelecekte görüntüleme verimini iyileştirmek veya teşhis ayrıntılarını iyileştirmek için muazzam bir potansiyele sahiptir ve mPET’in yapabilecekleri, gerçekten yeni hassas izleyicilerin geliştirilebileceği üzerine inşa edilmiştir. Özellikle izotoplar gibi 68Ga 124ben ve 86Y’nin büyük pozitron uçuşları vardır, bu nedenle daha düşük enerjili izotoplar kullanılır. 89zr ve 52Mn yalnızca mPET görüntüleme kalitesini iyileştirmeye yardımcı olacaktır. Ek olarak, bu yöntemin yalnızca bilinen iki hedefi taramak için değil, görüntüleme denemelerini hızlandırmak için araştırma amaçlı kullanıma olanak sağlamak için kullanılabileceği umulmaktadır. Özellikle Dr. Joaquin L. Herraiz, yapay zekanın mPET’i iyileştirmede ve daha yüksek dereceli çoğullama yeteneği kazanmada kullanılmasından heyecan duyuyor. Bu çalışma, diğer araştırmacılarla bir konferansta ve birçok meslektaş arasında çok sayıda akşam yemeğinde buluşarak başladı.

Yazarlar, çoğu araştırmacının görüntüleme ve onkoloji konferanslarına benzer şekilde seyahat etme ve doğrudan ilgi alanları dışındaki diğer araştırmacılara ulaşma becerisine sahip olmasını umuyor. Bu işbirlikleri, yeni ilgi hedeflerinin belirlenmesine ve en iyi fikirlerin çaprazlanmasına yardımcı oldu.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir