A Magyar Tudományos Akadémia folyóirata. Alapítva: 1840
 

KEZDŐLAP    ARCHÍVUM    IMPRESSZUM    KERESÉS


 AGYI GLÜKÓZMETABOLIZMUS TÉRKÉPÉNEK KÉSZÍTÉSE

    KVANTITATÍV IN VIVO KÉPALKOTÓ MÓDSZEREK SEGÍTSÉGÉVEL

X

Varsányi István

BSc-hallgató, Eötvös Loránd Tudományegyetem

stvnvrsn(kukac)gmail.com

Máthé Domokos

PhD, ügyvezető igazgató, CROmed Kft.

domokos.mathe(kukac)cromedresearch.com

Horváth Ildikó

vezető képalkotó asszisztens, SOTE Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

horvath.ildiko(kukac)med.semmelweis-univ.hu

Veres Dániel Sándor

PhD, tudományos segédmunkatárs, SOTE Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

veres.daniel(kukac)med.semmelweis-univ.hu

Szigeti Krisztián

PhD, In vivo Képalkotó Labor vezetője, Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet

szigeti.krisztian(kukac)med.semmelweis-univ.hu

 

A molekuláris képalkotás az elmúlt huszonöt évben az általános klinikai gyakorlat részévé vált. A klasszikus, anatómiai alapú röntgen képalkotás segítségével kapott – morfológiai alapú képalkotás mellett – megjelent a funkcionális képalkotás. Ennek segítségével kvantitatívan határozhatjuk meg egy szerv vagy sejtcsoport működésére jellemző biokémiai paramétereket. Jellemzően ezek normálistól való eltéréséből vagy térbeli elhelyezkedésük megváltozásából fontos diagnosztikai eredményeket kaphatunk.

A molekuláris képalkotásban mind a radiofarmakonok, mind a képalkotási modalitások és protokollok fejlődnek. A kutatók újabb receptorokat, jelátviteli folyamatokban kulcsszerepet játszó fehérjéket keresnek, amelyek új radiofarmakonok célpontjai lehetnek. A radiokémikusok a korábbinál specifikusabb és szelektívebb molekulákat terveznek és tesztelnek preklinikai, valamint klinikai munkakörnyezetben. A radiofarmakonok biodisztribúciójának meghatározása a műszerek fejlődésével pedig egyre szenzitívebb, jobb időbeli és térbeli felbontású lett. Az újabb módszerek segítségével olyan élettani különbségek váltak kvantitatíven meghatározhatóvá, amelyeket korábban lehetetlen volt meglátni.

A glükózfelvétel az agy legfontosabb energetikai tényezője. Ennek segítségével meg tudjuk határozni, mely agyterületekben zajlik nagyobb mértékű anyagcsere. Ennek meghatározására jelenleg két módszer alkalmas. Az egyik, a szélesebb körben is ismertebb fMRI, amely közvetetten, az oxigénfogyáson keresztül mutatja ki a metabolikus folyamatokat. A másik a radioaktív, pozitronsugárzó fluor-18 atommal jelzett glükóz, vagyis FDG. Az FDG időbeli és térbeli megoszlásának vizsgálatával meg tudjuk határozni a fontosabb biokémiai paramétereket, mint a felvételi érték (Ki) és a megoszlási hányados (DV). Az első az irreverzibilis folyamatokat, vagyis a valódi glükózhasználatot, a második a reverzibilis folyamatokat, vagyis a glüköztranszporterek funkcióját jellemzi.

A kvantitatív képalkotási módszerek fejlesztése az elmúlt tíz-tizenöt évben jelentős lendületet kapott a laboratóriumi állatokat vizsgáló képalkotás fejlődésével. Például számos, az agyi gyulladási folyamatok vizsgálatára alkalmas betegségmodell jelent meg a gyakorlatban. A gyulladási folyamatok modellezése nagyon fontos a öregkori krónikus neurológiai betegségek mechanizmusának felderítéséhez. A képalkotás segítségével a biokémiai paraméterek monitorozásával  hasznos diagnosztikai módszereket fejleszthetünk ki.

A klinikai gyakorlatban ismert, hogy a különböző nemű emberek eltérően viselkednek egyes kezelések hatására, és egyes biokémiai (például metabolikus ráta) paramétereik más tartományban mozognak. Sajnálatos módon azonban az állatok nemére vonatkozólag ezt a problémakört nem vizsgálták behatóbban, és a kísérletek során gyakran csak hím egyedeket vizsgálnak, ezzel kikerülve a problémát, és elszalasztva a különbségek okainak megértését.

Vizsgálataink során a dinamikus glükózfelvétel paramétereit vizsgáltuk in vivo multimodális kvantitatív képalkotó rendszerek segítségével. Az alkalmazott radiofarmakon a klinikumban is használt glükózanalóg (FDG) volt. A kisállatok (n=12 egészséges Wistar-patkány, hét nőstény és öt hím) képalkotását a jelenleg klinikumban még éppen csak elterjedő PET/MRI-készülék segítségével végeztük. Kísérleteinkben a jelenlegi legmodernebb nanoScan PET/MRI multimodális kisállat képalkotó eszközt használtuk, amelyet a Mediso Kft. bocsátott rendelkezésünkre. Ezen eszközben egy 1T kriogénmentes – vagyis He-hűtésű szupravezető elektromágnes helyett egy statikus mágnest használó – mágnes segíti a morfológiai képalkotást, amelyet kisállatok laboratóriumi képalkotására optimalizált FDG-detektálást lehetővé tevő PET-gyűrű egészít ki, lehetővé téve a radiofarmakonok biodisztribúciójának meghatározását. A kisállatok agyának anatómia felépítését az MRI-képek segítségével analizáltuk. Az MRI szerepe csak annyi volt, hogy meg tudjuk állapítani az egyes agyterületek elhelyezkedését (1. ábra). A vizsgált agyterületek a kortex, striatum, cerebellum, hippokampusz, amygdala, talamusz, hipotalamusz, pons és medulla oblongata voltak. Természetesen

 

 

az egyes állatok között voltak minimális eltérések, de kijelenthetjük, hogy anatómia eltérés nem mutatkozott a hím és nőstény állatok között.

 

 

1. ábra

 

Az FDG-vizsgálatokhoz szükséges 12,07+/-2,03 MBq aktivitásokat farokvénán keresztül injektáltuk. Az injektálást követően a radiofarmakon eloszlását dinamikus vizsgálat keretében időben és térben nyomon követtük a beadást követően hatvan percig. A kiértékeléshez az úgynevezett grafikus analízis modelljeit alkalmaztuk (Logan-, Gjedde-Patlak-, RE-plot), amelyek segítségével az adott szerv sejtjeiben lévő biokémiai folyamatokra (GLUT1 és 3 transzporter, hexokináz enzimek működése) következtethetünk az FDG alkalmazása esetében (2. ábra).

E matematikai algoritmusok nagyon elterjedtek a klinikai gyakorlatban, és felhasználásuk széles körben alkalmazott. Számos új radiofarmakon esetében hasznos biokémiai folyamatokat mutattak meg, ezzel segítve a jobb klinikai radiofarmakonok fejlesztését. Sajnálatos módon Magyarországon nem alkalmazzák még FDG esetében sem. Pedig a dinamikus mérés a statikus méréshez képest számos előnnyel bír, egyetlen hátránya, hogy hosszabb ideig tart a betegben a radiofarmakon-eloszlás meghatározása, így nem minden klinikai esetben alkalmazható.

A fenti paramétereket meghatározó matematikai modellek kritikus pontja a vérben mérhető radiofarmakon időben változó koncentrációjának pontos ismerete. A klinikai képalkotásban alkalmazható módszerek – a) a vérvételből ex vivo határozzák meg a vér radiofarmakon-tartalmát, b) a vizsgált szervet tápláló artéria in vivo szegmentációjából számítják a radiofarmakon-koncentrációt, vagy c) a véraktivitás tartalmára előzetesen felállított modell segítségével számolnak – csak korlátozottan alkalmazható a kisállatok esetében. Ennek oka az anatómiai méretkülönbség és az érzékenység (jel/zaj viszony). Szerencsére az in vivo módszerek gyorsan fejlődnek, és ha sikerült egy érzékeny módszert kifejleszteni, az gyorsan átültethető a klinikai gyakorlatba.

A hím és nőstény patkányok egyes agyterületeiben találtunk különbséget a glükózfelvétel és a metabolikus ráta között. Ezen eredmények megvitatása azonban még számos kérdést vet fel, amelyek megválaszolása még várat magára. Az előadásban bemutattuk a fenti terveinket és olyan algoritmusokat, amelyek segítségével a jövőben pontosabban tudjuk ezen eredményeket interpretálni.

Célunk volt egy olyan agyi glükóz metabolizmusra jellemző adatbázis vagy más néven térkép létrehozása, amely jó alap lehet a későbbi kisállatokon végzett kutatásokhoz, így segítve például egy korai, egyszerű, de érzékeny humán Alzheimer-diagnosztikai módszer kifejlesztését.
 



Kulcsszavak: metabolizmus, in vivo képalkotás, glükózanalóg, patkány, agy

 


 

 

2. ábra