PET Imaging Probes Targeting Cardiac Parasympathetic Innervation

针对心脏副交感神经支配的 PET 成像探针

基本信息

  • 批准号:
    9372291
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.26万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2019-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Cardiac autonomic dysfunction is well documented in many types of heart disease and is frequently associated with regional destruction of cardiac nerve populations. This can produce neural mechanisms that contribute to the genesis of cardiac arrhythmias, tachycardia and fibrillation, conditions which often lead to sudden death. This process involves not only the extrinsic sympathetic and parasympathetic nerves, but also afferent sensory nerves and a rich network of intrinsic cardiac nerves. Our lab at the University of Michigan has previously developed radiotracers for imaging sympathetic nerves, including [123I]metaiodobenzylguanidine ([123I]MIBG) for planar scintigraphy, [11C]meta-hydroxyephedrine ([11C]HED) for PET imaging, and recently 4-[18F]fluoro- meta-hydroxyphenethylguanidine ([18F]4F-MHPG) for quantifying regional sympathetic nerve density using tracer kinetic analysis. Clinical trials with [123I]MIBG and [11C]HED in heart failure have shown that higher levels of sympathetic denervation are associated with a greatly elevated risk of sudden death, thus neuronal imaging may improve risk stratification of patients being staged for implantable cardioverter defibrillators. Despite the successes in imaging sympathetic nerves, a current unmet need is a useful tracer for parasympathetic nerves. This has been an elusive goal for many reasons. Cholinergic parasympathetic nerves are primarily localized in atrial tissues, including the AV and SA nodes, small structures that are hard to image with PET due to the partial volume effect. Also, parasympathetic nerve density in the ventricles is much lower than the sympathetic nerves. Nevertheless, with the high spatial resolution of current PET/CT systems and advanced techniques such as cardiac and respiratory gating, it should be possible to image parasympathetic nerves if a tracer with high neuronal uptake and low non-specific binding can be found. In this study, we will evaluate two approaches to achieving this goal. First, we will test radiolabeled analogs of homocholine, a ‘false neurotransmitter’ that is transported into parasympathetic nerve terminals by the choline transporter (ChT), acetylated by choline acetyltranferase (ChAT) into acetylhomocholine, which is then stored in vesicles by the vesicular acetylcholine transporter (VAChT). An advantage of homocholine over other radiolabeled choline analogs for cardiac imaging is the resistance of acetylhomocholine to metabolism by acetylcholinesterase (AChE). The second approach will target AChE, which is expressed extraneuronally near cholinergic nerves. Specifically, 11C- and 18F-labeled analogs of a series of potent AChE inhibitors with sub-nanomolar binding affinities will be studied. Compared with many other AChE inhibitors (e.g., tacrine, donepezil), these N,N'-diphenethylsulfamides have much lower log P values, which should minimize non-specific binding in the heart. In vitro assays, digital autoradiography, and small animal PET studies in rats and non-human primates will be used to assess these two approaches. A PET tracer capable of imaging cardiac parasympathetic nerves would be a valuable clinical tool for assessing disease-induced damage to this important nerve population in patients with heart diseases.
心脏自主神经功能障碍在许多类型的心脏病中都有详细记录,并且经常与以下疾病相关: 心脏神经群的区域性破坏这可以产生有助于的神经机制。 心律失常、心动过速和颤动的发生,这些情况常常导致猝死。 这个过程不仅涉及外在交感神经和副交感神经,还涉及传入感觉 我们在密歇根大学的实验室之前已经研究过神经和丰富的内在心脏神经网络。 开发了用于交感神经成像的放射性示踪剂,包括[123I]间碘苄基胍([123I]MIBG) 用于平面闪烁扫描,[11C]间羟基麻黄碱 ([11C]HED) 用于 PET 成像,以及最近的 4-[18F]氟- 间羟基苯乙基胍 ([18F]4F-MHPG) 用于量化区域交感神经密度 [123I]MIBG 和 [11C]HED 治疗心力衰竭的示踪动力学分析表明,较高水平。 交感神经去神经支配与猝死风险大大升高相关,因此神经成像 尽管存在这种情况,但可能会改善对植入式心脏复律除颤器进行分期的患者的风险分层。 尽管在交感神经成像方面取得了成功,但当前未满足的需求是副交感神经的有用示踪剂。 由于多种原因,这一直是一个难以实现的目标。胆碱能副交感神经主要位于体内。 心房组织,包括 AV 和 SA 结,这些小结构由于 此外,心室中的副交感神经密度远低于交感神经。 然而,凭借当前 PET/CT 系统和先进技术的高空间分辨率。 例如心脏和呼吸门控,如果示踪剂具有 可以发现高神经摄取和低非特异性结合在本研究中,我们将评估两种方法。 为了实现这一目标,我们将测试高胆碱的放射性标记类似物,这是一种“假神经递质”。 通过胆碱转运蛋白 (ChT) 转运至副交感神经末梢,并被胆碱乙酰化 乙酰转移酶(ChAT)转化为乙酰高胆碱,然后由囊泡乙酰胆碱储存在囊泡中 高胆碱相对于其他放射性标记胆碱类似物的心脏转运蛋白(VAChT)的优势。 第二个成像是乙酰高胆碱对乙酰胆碱酯酶(AChE)代谢的抵抗。 该方法将针对 AChE,它在胆碱能神经附近的神经元外表达,特别是 11C- 和 11C- 。 将研究一系列具有亚纳摩尔结合亲和力的有效 AChE 抑制剂的 18F 标记类似物。 与许多其他 AChE 抑制剂(例如他克林、多奈哌齐)相比,这些 N,N'-二苯乙基磺酰胺类药物具有 log P 值低得多,这应最大限度地减少心脏中的非特异性结合,数字体外测定。 放射自显影术以及大鼠和非人类灵长类动物的小动物 PET 研究将用于评估这些 能够对心脏副交感神经进行成像的 PET 示踪剂将是一种有价值的临床方法。 用于评估心脏病患者这一重要神经群因疾病引起的损伤的工具。

项目成果

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