Diagnosis of low-grade glial tumors using 11C glutamine isotopomers

使用 11C 谷氨酰胺同位素诊断低级别胶质瘤

基本信息

项目摘要

This proposal focuses on the development and validation of glutamine-derived 11C isotopomers for positron emission tomography. Specifically, the 1- and 5-positions of exogenously administered glutamine have different metabolic fates, depending on the dominant mechanisms of conversion present. We will therefore synthesize both L-[1-11C]glutamine ([1-11C]gln) and L-[5-11C]glutamine ([5-11C]gln), and investigate their use in detecting the isocitrate dehydrogenase mutation (IDHm), seen in several benign and malignant clinical diseases including low-grade glioma (LGG). Improved diagnosis of LGG would address a major challenge that neuro-radiologists, neuro-oncologists, radiation oncologists and neuro-surgeons encounter frequently, namely differentiating glial tumor from other brain entities. Patients with IDH-mutant (IDHm) glioma harbor the oncometabolite 2-hydroxyglutarate (2HG), which represents a promising way to detect LGG. We are motivated by a recent report establishing rapid conversion of exogenous glutamine to 2HG in IDHm lesions, representing a way to sequester the 11C radionuclide. The central hypothesis of this proposal is that a positron- labelled metabolic precursor of 2HG, [1-11C]gln, can be used to detect IDHm. We further predict significant advantages in using [1-11C]gln versus the reported [5-11C]gln isotopomer, based on the suppression of background signals related to tricarboxylic acid (TCA) cycle metabolism. When validated, this approach would set the stage for clinical use of [1-11C]gln PET in evaluating LGG and other IDHm lesions. We propose a multi-PI and interdisciplinary collaboration to validate [1-11C]gln PET as an IDHm-specific tool and perform the first patient studies using [1-11C]gln to further support the methodology. We will first develop the first radiosynthesis of [1-11C]gln, via adaptation of reported methods using [11C]CO2 and [11C]CN-. We will then compare the accumulation of [1-11C]gln to that of [5-11C]gln in IDHm versus IDH-wildtype (IDHwt) cells, both in vitro and in vivo (Specific Aim 1). In Specific Aim 2, all regulatory work and site approvals needed to study [1-11C]gln at UCSF will be accomplished. In Specific Aim 3, we will translate [1-11C]gln under the Radioactive Drug Research Committee (RDRC) program and study its performance in patients suffering from LGG. While this application focuses on LGG, a clinically translatable IDHm-specific tracer would revolutionize the workup and management of a large variety of clinically relevant lesions. Furthermore, robust methods to synthesize and evaluate amino-acid derived 11C isotopomers will dramatically improve the ability of PET to detect metabolic reprogramming in human disease.
该提案重点关注谷氨酰胺衍生的正电子 11C 同位素异构体的开发和验证 发射断层扫描。具体而言,外源施用的谷氨酰胺的1-和5-位具有 不同的代谢命运,取决于存在的主要转化机制。因此我们将 合成L-[1-11C]谷氨酰胺([1-11C]gln)和L-[5-11C]谷氨酰胺([5-11C]gln),并研究它们在 检测异柠檬酸脱氢酶突变(IDHm),常见于多种良性和恶性临床 疾病,包括低级别胶质瘤(LGG)。改进 LGG 的诊断将解决一个重大挑战 神经放射科医生、神经肿瘤科医生、放射肿瘤科医生和神经外科医生经常遇到,即 将神经胶质瘤与其他脑实体区分开来。 IDH 突变(IDHm)神经胶质瘤患者具有 致癌代谢物 2-羟基戊二酸 (2HG),代表了检测 LGG 的一种有前途的方法。我们充满动力 最近的一份报告证实,IDHm 病变中外源性谷氨酰胺快速转化为 2HG,代表 一种隔离 11C 放射性核素的方法。该提案的中心假设是正电子 标记的 2HG 代谢前体 [1-11C]gln 可用于检测 IDHm。我们进一步预测 基于抑制,使用 [1-11C]gln 与报道的 [5-11C]gln 同位素异构体相比具有显着优势 与三羧酸(TCA)循环代谢相关的背景信号。经过验证,该方法 将为 [1-11C]gln PET 评估 LGG 和其他 IDHm 病变的临床应用奠定基础。 我们提出多 PI 和跨学科合作来验证 [1-11C]gln PET 作为 IDHm 特定工具 并使用 [1-11C]gln 进行第一个患者研究以进一步支持该方法。我们首先会开发 首次放射合成 [1-11C]gln,通过使用 [11C]CO2 和 [11C]CN- 报道的方法进行调整。我们将 然后比较 IDHm 与 IDH 野生型 (IDHwt) 细胞中 [1-11C]gln 的积累与 [5-11C]gln 的积累, 体外和体内(具体目标 1)。在具体目标 2 中,所有监管工作和场地审批都需要 加州大学旧金山分校的[1-11C]gln研究即将完成。在具体目标 3 中,我们将把 [1-11C]gln 翻译为 放射性药物研究委员会 (RDRC) 计划并研究其在患有以下疾病的患者中的表现 LGG。虽然该应用的重点是 LGG,但临床上可翻译的 IDHm 特异性示踪剂将彻底改变 各种临床相关病变的检查和处理。此外,稳健的方法 合成并评估氨基酸衍生的 11C 同位素异构体将显着提高 PET 的能力 检测人类疾病中的代谢重编程。

项目成果

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