Administração do radiotracer para a tomografia de emissão de positrão de alta resolução temporal do cérebro humano: aplicação para FDG-fPET

O tomography de emissão de Positron (animal de estimação) é uma técnica molecular poderosa da imagem latente que seja amplamente utilizada em ajustes clínicos e da pesquisa (veja Heurling et al.¹ para uma revisão detalhada recente). Os alvos moleculares que podem ser imaged usando o animal de estimação são limitados somente pela disponibilidade dos radiotracers, e os traçadores numerosos foram desenvolvidos aos^{receptores, às}proteínas, e às enzimas do metabolismo neural da imagem^2,3. Na neurociência, um dos radiofármacos mais utilizados é ¹⁸F-fluorodeoxyglucose (FDG-PET), que mede a captação de glicose, geralmente interpretada como um índice de metabolismo da glicose cerebral. O cérebro humano exige uma fonte constante e de confiança da glicose para satisfazer suas exigências de energia^4,5, e 70-80% do metabolismo cerebral da glicose é usado por neurônios durante a transmissão sináptica⁶. As alterações no metabolismo da glicose cerebral são pensados para iniciar e contribuir para inúmeras condições, incluindo doenças psiquiátricas, neurodegenerativas eisquêmicas^7,8,9. Além disso, como a captação de FDG é proporcional à atividade sináptica^{10,11,12, é}considerado um índice mais direto e menos confundido da atividade neuronal em comparação com o sangue mais amplamente utilizado resposta de ressonância magnética funcional dependente do nível de oxigenação (BOLD-fMRI). BOLD-fMRI é um índice indireto da atividade neural e mede mudanças na hemoglobina deoxigenada que ocorrem depois de uma cascata de mudanças neurovasculares que seguem a atividade neuronal.

A maioria de estudos de FDG-PET do cérebro humano adquirem imagens estáticas da tomada cerebral da glicose. O participante descansa calmamente por 10 min com os olhos abertos em um quarto escurecido. A dose completa do radiotraçador é administrada como um bolus durante um período de segundos, e o participante descansa então por uns 30 minutos mais adicionais. Após o período de captação, os participantes são colocados no centro do scanner PET e uma imagem PET que reflete a distribuição cumulativa da FDG ao longo dos períodos de captação e digitalização é adquirida. Assim, a atividade neuronal indexada pela imagem PET representa a média cumulativa de toda atividade cognitiva sobre os períodos de captação e varredura e não é específica para a atividade cognitiva durante o exame. Este método forneceu a grande introspecção no metabolismo cerebral do cérebro e da função neuronal. No entanto, a resolução temporal é igual à duração da digitalização (muitas vezes ~ 45 min, produzindo efetivamente uma medição estática da captação de glicose; isso compara de forma desfavorável à resposta neuronal durante os processos cognitivos e experimentos comuns em neuroimagem. Devido à limitada resolução temporal, o método fornece um índice não específico de captação de glicose (ou seja, não bloqueado para uma tarefa ou processo cognitivo) e não pode fornecer medidas de variabilidade dentro do assunto, o que pode levar a conclusões científicas erradas devido ao paradoxo¹³de Simpson. O paradoxo de Simpson é um cenário, onde as relações cérebro-comportamento calculadas entre os sujeitos não são necessariamente indicativas das mesmas relações testadas dentro dos assuntos. Além disso, as tentativas recentes de aplicar medidas de conectividade funcionais ao FDG-PET só podem medir a conectividade entre assuntos. Assim, as diferenças na conectividade só podem ser comparadas entre os grupos e não podem ser calculadas para indivíduos individuais. Embora seja discutível o que exatamente as medidas de conectividade em todo o assunto¹⁴, é claro que as medidas calculadas em toda-mas não dentro de sujeitos não podem ser usados como um biomarcador para Estados de doença ou utilizados para examinar a fonte de variação individual.

Nos últimos cinco anos, o desenvolvimento e a acessibilidade mais larga de varredores simultâneos da clínico-classe MRI-PET despertou o interesse renovado da pesquisa na imagem latente² de FDG-PET na neurociência cognitiva. Com esses desenvolvimentos, os pesquisadores se concentraram em melhorar a resolução temporal de FDG-PET para abordar os padrões de BOLD-fMRI (~ 0.5 − 2.5 s). Note-se que a resolução espacial de Bold-fMRI pode abordar resoluções submilimétricas, mas a resolução espacial de FDG-PET é fundamentalmente limitada a cerca de 0,54 mm de largura total ao meio máximo (FWHM) devido à faixa de positrão¹⁵. As aquisições dinâmicas de FDG-PET, que são frequentemente usadas clinicamente, usam o método de administração do bolus e reconstroem os dados do modo de lista em compartimentos. O método dinâmico do bolus FDG-PET oferece uma resolução temporal de cerca de 100 s (por exemplo, Tomasi et al.¹⁶). Isto é claramente muito melhor comparado à imagem latente estática de FDG-PET mas não é comparável a BOLD-fMRI. Adicionalmente, a janela em que a função do cérebro pode ser examinada é limitada, porque a concentração do plasma do sangue de FDG diminui logo depois que o bolus é administrado.

Para ampliar esta janela experimental, um punhado de estudos^{17,18,19,20,21} adaptaram o método de infusão radiotraçador proposto anteriormente por Carson^22, a ²³. Neste método, às vezes descrito como ‘ funcional FDG-PET ‘ (FDG-fPET, análoga a Bold-fMRI), o radiotraçador é administrado como uma infusão constante ao longo de toda a varredura PET (~ 90 min). O objetivo do protocolo de infusão é manter um suprimento de plasma constante de FDG para rastrear mudanças dinâmicas na captação de glicose ao longo do tempo. Em um estudo de prova de conceito, Villien et al.²¹ utilizaram um protocolo de infusão constante e um PET simultâneo de RM/FDG-fpara mostrar mudanças dinâmicas na captação de glicose em resposta à estimulação do tabuleiro de xadrez com uma resolução temporal de 60 s. Os estudos subseqüentes usaram este método para mostrar o animal de estimação tarefa-Locked de FDG-f(isto é, tempo-travado a um estímulo externo¹⁹) e o animal de estimação tarefa-relacionado de FDG-f(isto é, não tempo-travado a um estímulo externo^{17, 18}) captação da glicose. Usando estes métodos, as resoluções temporais do animal de estimação de FDG-fde 60 s foram obtidas, que é uma melhoria substancial sobre métodos do bolus. Os dados preliminares mostram que o método da infusão pode fornecer resoluções temporais de 20 − 60 s¹⁹.

Apesar dos resultados promissores do método de infusão constante, as curvas de radioatividade plasmática desses estudos mostram que o método de infusão não é suficiente para atingir um estado estacionário dentro do prazo de uma varredura de 90 min^19,21. Além do procedimento de infusão constante, Carson²² também propôs um procedimento híbrido de bolus/infusão, onde o objetivo é alcançar rapidamente o equilíbrio no início da varredura e, em seguida, sustentar os níveis de radioatividade plasmática em equilíbrio para o duração da digitalização. Rischka et al.²⁰ aplicaram recentemente esta técnica usando um bolus de 20% mais 80% de infusão. Como esperado, a função de entrada arterial subiu rapidamente acima dos níveis basais e foi sustentada a uma taxa maior por um tempo mais longo, comparado aos resultados usando um procedimento somente para infusão^19,21.

Este artigo descreve os protocolos de aquisição para a obtenção de exames de PET de alta resolução temporal FDG-fusando a administração de radiotraçador de infusão e bolus/infusão. Estes protocolos foram desenvolvidos para o uso em um ambiente simultâneo de MRI-PET com um tempo de aquisição de 90 − 95 minutos¹⁹. No protocolo, amostras de sangue são tomadas para quantificar a radioatividade sérica plasmática para posterior quantificação de imagens PET. Quando o foco do protocolo for a aplicação de métodos da infusão para o neuroimagem funcional usando o animal de estimação de Bold-fMRI/FDG-f, estes métodos podem ser aplicados a todo o estudo do animal de estimação de FDG-fnão obstante se MRI simultâneo, Bold-f MRI, tomography computado (CT), ou outras neuroimages são adquiridas. A Figura 1 mostra o fluxograma dos procedimentos neste protocolo.