具备绝对定量和全静态动态成像功能的多功能SPECT/CT

2023-03-27 16:14

Béatrice Louis et al, Angiogenesis, 2023

摘要

APJ是一种G蛋白偶联受体，其 endogenous配体apelin参与血管生成过程。APJ在血管生成和细胞增殖的病理生理机制中已被广泛研究，目前已明确其过表达在多种疾病中的预后价值。本研究旨在设计一种能特异性结合APJ的PET放射性示踪剂。研究合成了Apelin-F13A-NODAGA（AP747）并将其用镓-68放射性标记（[⁶⁸Ga]Ga-AP747）。标记纯度优异（>95%），且在2小时内保持稳定。在过表达APJ的结肠腺癌细胞中测得[⁶⁷Ga]Ga-AP747的亲和常数，结果处于纳摩尔级范围。通过放射自显影（体外）和小动物PET/CT（体内）在结肠腺癌小鼠模型及Matrigel plug小鼠模型中评估了[⁶⁸Ga]Ga-AP747对APJ的特异性。在健康小鼠和猪中进行了2小时的[⁶⁸Ga]Ga-AP747 PET/CT生物分布动态研究，器官信号定量显示其药代动力学特征适合PET成像，主要通过 urinary途径排泄。对Matrigel小鼠和后肢缺血小鼠进行了为期21天的纵向随访，使用[⁶⁸Ga]Ga-AP747和[⁶⁸Ga]Ga-RGD2进行小动物PET/CT成像。结果显示，Matrigel中的[⁶⁸Ga]Ga-AP747 PET信号显著强于[⁶⁸Ga]Ga-RGD2。通过激光多普勒监测缺血后肢的血运重建情况，发现第7天时后肢[⁶⁸Ga]Ga-AP747 PET信号是[⁶⁸Ga]Ga-RGD2的两倍以上，且在21天随访期间持续显著 superior。第7天的[⁶⁸Ga]Ga-AP747 PET信号与第21天的后肢晚期灌注之间存在显著正相关。本研究开发了一种新型特异性结合APJ的PET放射性示踪剂[⁶⁸Ga]Ga-AP747，其成像性能优于临床最先进的血管生成示踪剂[⁶⁸Ga]Ga-RGD2。

nanoScan PET/CT成像结果

[⁶⁸Ga]Ga-AP747在健康小鼠中的生物分布：

9周龄雄性瑞士小鼠（n=3）经尾外侧静脉注射[⁶⁸Ga]Ga-AP747（4.45±0.32 MBq/70 μL），注射后立即开始连续采集小动物PET图像，直至注射后2小时。器官中定量的PET信号以衰减校正后注射剂量的平均±标准差百分比（%ID）表示。小动物动态PET/CT采集在NanoScan PET/CT相机（Mediso，布达佩斯，匈牙利）上进行，持续120分钟，期间小鼠在2%异氟烷医用空气麻醉下保持稳定[PET参数：迭代次数4次，符合事件1-3，视野（FOV）10 cm]。CT参数固定为35 kV电压、300 ms曝光时间（中等缩放），采用半圆形采集方法，视野与PET一致。使用Nucline软件（Mediso，布达佩斯，匈牙利）对以下时间帧进行CT衰减校正重建：0-5分钟、6-10分钟、11-15分钟、16-20分钟、21-25分钟、26-30分钟、31-45分钟、46-60分钟、61-75分钟、76-90分钟、91-105分钟和106-120分钟。小动物PET图像的定量感兴趣区（VOI）分析基于CT，在衰减和衰减校正后的PET图像上使用VivoQuant软件（v.3.5，InVicro，波士顿，美国）手动完成。

另取3只9周龄雄性瑞士小鼠，经尾外侧静脉注射[⁶⁸Ga]Ga-AP747（4.02±0.16 MBq/70 μL），并在2%异氟烷麻醉下维持2小时。分别于注射后2、5、10、15、20、30、45、60、75、90、105和120分钟采集血液，经衰减校正后进行γ计数。通过非线性回归估算血浆半衰期（t1/2）。注射后2小时处死小鼠，收集主要器官（心脏、肝脏、肺、肌肉、脑、脾脏、肠、骨、胰腺和肾脏），用PBS洗涤、称重后进行γ计数。结果经衰减校正后，以每克器官重量的注射剂量百分比（%ID/g）表示。

[⁶⁸Ga]Ga-AP747 PET信号的体内特异性：

荷异位结肠腺癌异种移植物小鼠（n=3，肿瘤体积1370±167.3 mm³）或Matrigel plug小鼠（n=5，胶栓体积635±146 mm³）经尾外侧静脉注射[⁶⁸Ga]Ga-AP747（5.14±0.60 MBq/80 μL），注射后1小时进行小动物PET成像，随后行CT扫描。小动物PET成像采集持续20分钟（迭代次数：4次，符合事件：1-3），视野（FOV）为10 cm。CT参数固定为35 kV电压、300 ms曝光时间（中等缩放），采用半圆形采集方法，视野与PET一致。使用Nucline软件（Mediso，布达佩斯，匈牙利）进行CT衰减校正重建。次日，小鼠在静脉注射5.5±0.20 MBq/80 μL [⁶⁸Ga]Ga-AP747前30分钟，先静脉注射100倍过量的未偶联肽（apelin-F13A，100 μg/100 μL）。注射[⁶⁸Ga]Ga-AP747后1小时采集PET图像。组织摄取值以平均靶背景PET信号比（TBRmean）表示，背景为左侧腓肠肌。

[⁶⁸Ga]Ga-AP747 PET与[⁶⁸Ga]Ga-RGD PET的体内纵向对比研究：

Matrigel plug小鼠模型（n=7）和后肢缺血（HLI）小鼠模型（n=8）在缺血后第1、3、7、10、13和21天，经尾外侧静脉注射[⁶⁸Ga]Ga-AP747（5.66±0.57 MBq），11小时后注射[⁶⁸Ga]Ga-RGD2（5.96±0.95 MBq）（图1）。静脉注射[⁶⁸Ga]Ga-AP747或[⁶⁸Ga]Ga-RGD2后1小时采集静态PET图像，随后行CT扫描。小动物PET成像采集持续20分钟（迭代次数：4次，符合事件：1-3），视野（FOV）为10 cm。CT参数固定为35 kV电压、300 ms曝光时间（中等缩放），采用半圆形采集方法，视野与PET一致。使用Nucline软件（Mediso，布达佩斯，匈牙利）进行CT衰减校正重建。组织摄取值以靶背景比（Matrigel与肌肉比）或缺血侧与对侧后肢PET信号比表示。

结果显示：

在健康小鼠中，[⁶⁸Ga]Ga-AP747动态小动物PET信号在120分钟时于膀胱和肾脏中定量最高，而在肝脏、肺或脑中无明显蓄积（图4a、b）。离体γ计数验证了这些结果（图4d）。[⁶⁸Ga]Ga-AP747的血浆半衰期估计为13.3分钟（图4c）。