Patientvurdering af ultralyds- vejledte synovialisbiopsier

MR-spektroskopi med hyperpolariseret 13C-pyruvat i kombination med 18F-FDG-PET scanning (HyperPET) – en ny billeddannelse til cancer?

Henrik Gutte | Aug 2017 | Onkologi |

Henrik Gutte
afdelingslæge, ph.d.,
Klinik for Klinisk Fysiologi og Nuklear Medicin, Rigshospitalet,
Cluster for Molecular Imaging, Københavns Universitet,
Radiologisk Afdeling, Rigshospitalet

Udvikling af nye specifikke målrettede onkologiske behandlinger har nødvendiggjort nye non-invasive modaliteter at diagnosticere, tumor graduere og evaluere respons på.

Positron emission tomography med 18F mærket fluorodeoxyglucose (18F-FDG-PET) har i de seneste ti år været rutine modalitet til karakterisering af mange forskellige cancerformer. 18F-FDG er en glukose analog og transporteres over cellemembranen i cancerceller ved en opregulering af glukose transporter enzymer (GLUT). 18F-FDG er derfor et indirekte udtryk for den metaboliske aktivitet i en tumor. Desværre er 18F-FDG som tumor markør ikke særlig specifik, idet 18F-FDG også kan optages i blandt andet infektiøse og inflammatoriske celler.

Cancercellens metabolisme er karakteriseret ved et skift til glykolyse med produktion af laktat selv i tilstedeværelse af ilt, et fænomen først beskrevet af Heinrich Otto Warburg i 1924 og senere navngivet ”Warburg-effekten” (se figur 1). MR spektroskopi med hyperpolariseret 13C-pyruvat er en nyudviklet avanceret skanningsteknik, som udnytter, at cancerceller netop har en øget laktat/pyruvat metabolisme. Med MR hyperpolariserings teknikken er man nu for første gang i stand til in-vvo og i ”realtime” at visualisere omdannelsen af pyruvat til laktat som hypotetisk kunne være en mere præcis at evaluere cancer metabolisme på.1,2

Visualiseringen af omdannelsen af hyperpolariseret 13C-pyruvat til 13C-laktat ved MR spektroskopi har i flere dyrestudier med inokulerede cancer cellelinier i mus og rotter (fra blandt andet lymfom, brystcancer, glioblastom, prostatacancer og colorectalcancer celle linier) vist, at det er muligt at diagnosticere, graduere tumor og estimere behandlingsresponset (ved blandt andet behandling med Etoposide, Doxyrubicin, Avastin, Everolimus, Imatinib, Paclitaxel og stråleterapi).3 For nylig blev anvendelsen af hyperpolariseret 13C-pryruvat også brugt i prostatacancer i humane patienter i et studie fra UCSF (University California San Francisco, USA).4

Den første samtidige og sammenlignende billeddannelse af både 18F-FDG-PET og MR spektroskopi med hyperpolariseret 13C-pyruvat i integreret PET/MR-system blev udført på Rigshospitalet af vores forskningsgruppe. Vi har kaldt den nye metode HyperPET. Hyperpolariseret 13C-pyruvate, som gives intravenøst, er endnu ikke blevet godkendt til mennesker i Danmark, hvorfor hunde med biopsi verificerede spontan tumorers som en del af en forskningsprotokol og hundenes udredning og tumor staging er blevet brugt. Vores studier har vist, at der er overensstemmelse i flere tumorers, men også at 18F-FDG og 13C-pyruvat i nogle tilfælde ikke er kongruente.5-7

Spørgsmålet er, om der er en rolle for klinisk rutinemæssig brug af 13C-pyruvat og HyperPET hos cancerpatienter. I nogle cancertyper, for eksempel prostatacancer er 18F-FDG-PET ikke brugbart, og her kunne 13C-pyruvat repræsentere et attraktivt alternativ. Hos børn kan bekymringen for strålingsbyrden gøre 13C-pyruvat den foretrukne metode i stedet for 18F-FDG. Med hensyn til tidlig responsmonitorering i kræftbehandlingen eksisterer muligheden, at 13C-pyruvat kan opdage virkningen af behandlingen tidligere og tillige med en højere følsomhed end andre metoder. Dette kræver sammenlignende 18FDG-PET og hyperpolariseret 13C-pyruvat MR spektroskopi undersøgelser.

Konklusion

Forhåbentlig vil vi inden for kort tid kunne afprøve HyperPET hos mennesker i Danmark. Håbet er at benytte HyperPET til karakteristik af tumor, som diagnostisk markør, men også som markør ved tidlig responsevaluering efter cancerbehandling 

Referencer

1. Ardenkjaer-Larsen J, Fridlund BR, Gram A, Hansson G, Hansson L, Lerche MH, Servin R, Thaning M, Golman K. Increase in signal-to-noise ratio of >10,000 times in liquid-state NMR. Proc Natl Acad Sci USA 2003;100:10158-1063. 2. Ardenkjaer-Larsen JH, Leach AM, Clarke N, Urbahn J, Anderson D, Skloss TW. Dynamic nuclear polarization polarizer for sterile use intent. NMR Biomed 2011;24:927-932.  3. Gutte H, Hansen AE, Johannesen HH, Clemmensen AE, Ardenkjaer-Larsen JH, Nielsen CH, Kjær A. The use of dynamic nuclear polarization (13)C-pyruvate MRS in cancer. Am J Nucl Med Mol Imaging 2015;5:548-560. 4. Nelson SJ, Kurhanewicz J, Vigneron DB, Larson PEZ, Harzstark AL, Ferrone M, Van Criekinge M, Chang JW, Bok RA, Park I, Reed GD, Carvajal L, Small EJ, Munster P, Weinberg VK, Ardenkjaer-Larsen JH, Chen AP, Hurd RE, Odegardstuen L-I, Robb FJ, Tropp J, Murray JA. Metabolic imaging of patients with prostate cancer using hyperpolarized [1-¹³C]pyruvate. Sci Transl Med 2013;5:198ra108. 5. Gutte H, Hansen A, Larsen M, Rahbek S, Johannesen H, Ardenkjaer-Larsen J, Kristensen A, Højgaard L, Kjær A. In Vivo Phenotyping of Tumor Metabolism in a Canine Cancer Patient with Simultaneous 18F-FDG-PET and Hyperpolarized 13C-Pyruvate Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging (hyperPET): Mismatch Demonstrates that FDG may not Always Reflect the Warburg Effect. Diagnostics 2015;5:287-289. 6. Gutte H, Hansen AE, Larsen MME, Rahbek S, Henriksen ST, Johannesen HH, Ardenkjaer-Larsen J, Kristensen AT, Højgaard L, Kjær A. Simultaneous Hyperpolarized 13C-Pyruvate MRI and 18F-FDG PET (HyperPET) in 10 Dogs with Cancer. J Nucl Med 2015;56:1786-1792. 7. Gutte H, Hansen AE, Henriksen ST, Johannesen HH, Ardenkjaer-Larsen J, Vignaud A, Hansen AE, Børresen B, Klausen TL, Wittekind A-MN, Gillings N, Kristensen AT, Clemmensen A, Højgaard L, Kjær A. Simultaneous hyperpolarized (13)C-pyruvate MRI and (18)F-FDG-PET in cancer (hyperPET): feasibility of a new imaging concept using a clinical PET/MRI scanner. Am J Nucl Med Mol Imaging 2015;5:38-45.