アルファ粒子放出ラジウム223の前臨床単一光子放出計算トモグラフィー

Preclinical Single Photon Emission Computed Tomography of Alpha Particle-Emitting Radium-223.

• Diane S Abou
• Andrew Rittenbach
• Ryan E Tomlinson
• Paige A Finley
• Benjamin Tsui
• Brian W Simons
• Abhinav K Jha
• David Ulmert
• Ryan C Riddle
• Daniel L J Thorek

抄録

α粒子放出型塩化ラジウム223(RaCl)の平面γカメラや単一光子放出型計算機断層撮影(SPECT)による投与量の最適化や薬物動態評価は、光子量の少なさや入射活性の低さが問題となっている。本研究では、小動物モデルとファントムを用いたRaのSPECTを実証した。 Raを担持したラインファントムとマウスを専用の小動物SPECTを用いて、Raからの低エネルギー光子放出を検出してイメージングした。治療薬の局在は全身および四肢全体のオートラジオグラフィーで確認し，その放射線生物学的効果は免疫蛍光で確認した． 高感度コリメータを備えた最新の商業用小動物SPECTシステムにより、合理的な投与量と取得時間で三次元再構成のための十分なカウント数を収集することができた。空気中と水散乱ファントムの両方でのRaの線源は、1.45mmの全幅で半分の最大値を持つ線の広がり関数を与えた。放射性医薬品の薬物動態の初期及び後期イメージングが撮影された。骨のリモデリングが活発に行われている部位での取り込みは、α粒子の放出によるDNA損傷と相関していた。 本研究では、最近承認されたα粒子放出放射性核種であるRaClの分布を非侵襲的に定義する能力を実証した。このアプローチはRaの分布を定量的に評価することを可能にし、治療反応を改善し、最終的には個別化された治療計画を可能にするための線量最適化戦略を支援する可能性がある。

Dose optimization and pharmacokinetic evaluation of α-particle emitting radium-223 dichloride (RaCl) by planar γ-camera or single photon emission computed tomography (SPECT) imaging are hampered by the low photon abundance and injected activities. In this study, we demonstrate SPECT of Ra using phantoms and small animal models. Line phantoms and mice bearing Ra were imaged using a dedicated small animal SPECT by detecting the low-energy photon emissions from Ra. Localization of the therapeutic agent was verified by whole-body and whole-limb autoradiography and its radiobiological effect confirmed by immunofluorescence. A state-of-the-art commercial small animal SPECT system equipped with a highly sensitive collimator enables collection of sufficient counts for three-dimensional reconstruction at reasonable administered activities and acquisition times. Line sources of Ra in both air and in a water scattering phantom gave a line spread function with a full-width-at-half-maximum of 1.45 mm. Early and late-phase imaging of the pharmacokinetics of the radiopharmaceutical were captured. Uptake at sites of active bone remodeling was correlated with DNA damage from the α particle emissions. This work demonstrates the capability to noninvasively define the distribution of RaCl, a recently approved α-particle-emitting radionuclide. This approach allows quantitative assessment of Ra distribution and may assist radiation-dose optimization strategies to improve therapeutic response and ultimately to enable personalized treatment planning.