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Sci Transl Med:有助于科学家发现和评估前列腺肿瘤的糖

来源:生物谷 2013-08-17 15:20

2013年8月16日讯 /生物谷BIOON/--近来,加州大学旧金山分校与GE医疗集团合作开发出一种新的成像技术,利用一个天然形成的糖可以提供一种新的、非侵入性的方式来观察肿瘤,分析癌症药物是否有效。

该技术使用称为丙酮酸的化合物,当葡萄糖在体内分解时产生丙酮酸,丙酮酸主要提供能量给细胞。然而,在癌症中,丙酮酸被更频繁地转换成一个不同的化合物--乳酸。以前的动物研究表明,因为丙酮酸转换为乳酸,科学家可以通过磁共振成像(MRI)跟踪丙酮酸的水平。

根据乳酸的产生量和转化率,研究人员能够精确检测小鼠的肿瘤,确定哪些癌症是最恶性的,并且可以在肿瘤物理变化发生很久以前,跟踪用药治疗早期发生的变化。

现在,加州大学旧金山分校科学家和他们的合作者针对31例患者的研究已经表明,该技术对人是安全的,能有效检测前列腺癌患者的肿瘤。研究结果刊登在8月14日发行的Science Translational Medicine杂志上。

这是第一项有关人的研究,其目的是找出一个安全的剂量,并实际验证其有效性。这为使用该技术对多种癌症患者进行诊断和非侵入性跟踪治疗,而不进行重复活检奠定了一定的基础。

在动物模型中,乳酸量直接与癌症侵略性相关,有很多数据表明在癌症治疗后其水平减少。 前列腺癌是最常见的一种癌症,每年在美国有超过20万新病例。这种实时成像可以将信息即时反馈肿瘤科医生,确定病人是否应该继续主动监测或是治疗。

这项技术能够更准确地评估个别病人的实际癌症恶性程度和风险,而这是绝对关键的。在2010年12月开始的临床研究中,研究人员用碳13标记丙酮酸,并将这种“极化丙酮酸”显像剂注射到31名前列腺癌患者。

研究小组随后使用MRI跟踪前列腺癌患者中丙酮酸,观察其转化为乳酸的情况。在以往小鼠的研究,更高、更强烈的信号表明丙酮酸更快速的转换成了乳酸,而这可能是癌症更具侵略性一个迹象。相反的,在正常前列腺组织中只检测到有限的转换,也即丙酮酸很少转换成乳酸。

该项目的资金来自国家生物医学成像和生物工程研究院(NIH项目R01 EB007588和R21 EB005363),一些MRI数据采集方法已申请专利。(生物谷Bioon.com)

Metabolic Imaging of Patients with Prostate Cancer Using Hyperpolarized [1-13C]Pyruvate.

S. J. Nelson, J. Kurhanewicz, D. B. Vigneron, P. E. Z. Larson, A. L. Harzstark, M. Ferrone, M. van Criekinge, J. W. Chang, R. Bok, I. Park, G. Reed, L. Carvajal, E. J. Small, P. Munster, V. K. Weinberg, J. H. Ardenkjaer-Larsen, A. P. Chen, R. E. Hurd, L.-I. Odegardstuen, F. J. Robb, J. Tropp, J. A. Murray.

This first-in-man imaging study evaluated the safety and feasibility of hyperpolarized [1-13C]pyruvate as an agent for noninvasively characterizing alterations in tumor metabolism for patients with prostate cancer. Imaging living systems with hyperpolarized agents can result in more than 10,000-fold enhancement in signal relative to conventional magnetic resonance (MR) imaging. When combined with the rapid acquisition of in vivo 13C MR data, it is possible to evaluate the distribution of agents such as [1-13C]pyruvate and its metabolic products lactate, alanine, and bicarbonate in a matter of seconds. Preclinical studies in cancer models have detected elevated levels of hyperpolarized [1-13C]lactate in tumor, with the ratio of [1-13C]lactate/[1-13C]pyruvate being increased in high-grade tumors and decreased after successful treatment. Translation of this technology into humans was achieved by modifying the instrument that generates the hyperpolarized agent, constructing specialized radio frequency coils to detect 13C nuclei, and developing new pulse sequences to efficiently capture the signal. The study population comprised patients with biopsy-proven prostate cancer, with 31 subjects being injected with hyperpolarized [1-13C]pyruvate. The median time to deliver the agent was 66 s, and uptake was observed about 20 s after injection. No dose-limiting toxicities were observed, and the highest dose (0.43 ml/kg of 230 mM agent) gave the best signal-to-noise ratio for hyperpolarized [1-13C]pyruvate. The results were extremely promising in not only confirming the safety of the agent but also showing elevated [1-13C]lactate/[1-13C]pyruvate in regions of biopsy-proven cancer. These findings will be valuable for noninvasive cancer diagnosis and treatment monitoring in future clinical trials.

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