ガリウムスキャン

ガリウム スキャンは、静脈内注射可能なガリウム同位体を使用して核医学画像を生成する研究です。ガリウムは、核医学の診断に使用された最初の放射性同位体の 1 つです。ガリウムは、1875 年にポール＝エミール・ルコック・ド・ボワボードランによって発見され、1940 年代にダドリー HC とその同僚の研究によって初めて診断および治療への医療用途が検討されました。ガリウム スキャンは当初、腫瘍や膿瘍の位置を特定するために使用されていました。市販の放射性医薬品ガリウム 67 (67Ga) およびガリウム 68 (68Ga) が広く使用されています。ガリウム 72 は医療用途にはそれほど有用ではないことが判明しましたが、亜鉛の陽子衝撃によって生成されるガリウム 67、特にゲルマニウム 68 (68Ge) を加速する発電機によって生成されるガリウム 68 は、測定機器がより進歩した後、有力な候補として浮上しました。当初、ガリウム 67 は骨性がんを対象としていたにもかかわらず、ホジキンリンパ腫を強調することが予想外に判明しました。その後、この同位体は広範囲の悪性腫瘍や炎症過程に使用できることが判明しました。歴史的に、ガリウム 67 スキャンは、骨感染症、癌 (特にリンパ腫)、原因不明の発熱、非特異的炎症、腹腔内膿瘍などの多くの病気の診断に使用されてきました。また、サルコイドーシス、間質性肺炎、肺結核、肺線維症などの肺の炎症性疾患を評価するためにも使用されました。ガリウム 67 は単一光子放出断層撮影法 (SPECT) で使用され、ガリウム 68 は陽電子放出断層撮影法 (PET) で使用されます。ガリウムは三価の金属であり、体内では第二鉄と同様に扱われます。ガリウム 67 は通常の pH では比較的溶けにくく、体内で溶解するにはクエン酸イオンなどの物質が錯体を形成する必要があります。投与量の約 75% が 48 ～ 72 時間後に体内に残り、軟組織、肝臓、骨に均等に分布します。 67Ga の約 90% は血漿中のトランスフェリンに結合します。その後、低 pH (浸出液または腫瘍部位) で解離し、その領域の血管流量の増加によりラクトフェリンに結合します。白血球も 67Ga に結合して輸送する可能性があります。細菌によって生成されるシデロフォアは 67Ga に対して良好な親和性を持ち、細菌によって取り込まれる複合体を形成することができます。また、細菌は促進拡散部位および非特異的結合部位を介して 67Ga を直接取り込むと考えられています。ガリウム 68 (68Ga) は、半減期が 68 分の陽電子放出同位体です。ゲルマニウム 68 または亜鉛 68 から生成できます。これは、放射性金属自体の固有の特性またはキレート化剤 (最も一般的にはソマトスタチン類似体) の化学的特性に使用できます。多くの場合、トレーサーとして使用される特定のキレート剤に結合されます (例、DOTA-オクトレオテート、DOTATATE としても知られています)。この薬剤は、特定の受容体分子に結合しながら、ガリウムを安定に結合し、自由に分散できる状態に保ちます。 DOTATATE、DOTATOC、DOTANOC は、それぞれ GaTate、GaToc、GaNoc とも呼ばれます。二官能性キレートは、金属 (68Ga3+ イオン) を錯体に結合するために使用されます。複合体は、生体内での安定性のためにガリウムとの高い親和性を持たなければなりませんが、複合体内の標的生体分子（例：薬物、ペプチド、または抗体）は特定の部位に自由に結合し、そこに集中します。基本的に、ガリウムは、標的組織部位に結合する化合物と対になります。複合体は静脈内に注射され、目的の標的部位への取り込みに応じて特定の時間（通常は 1 時間後）に PET 検出器で画像化されます。 GaTate の場合、ソマトスタチン受容体 (SSTR) サブタイプ 2 に対する親和性が最も高くなります。これにより、脾臓、副腎、腎臓 (SSTR によるものではない)、および下垂体での強い取り込みが起こり、肝臓 (SSTR によるものではない) では中程度の強度で取り込まれます。 SSTR)、甲状腺、唾液腺によるものです。膵臓、骨、脳、リンパ節などの他の領域でも取り込まれます。 GaToc は SSTR サブタイプ 5 に対して高い親和性を持ち、GaNoc は SSTR サブタイプ 3 および 5 に対して高い親和性を持っています。均一な取り込みは生理学的ですが、強度が不均一で不規則な局所的な取り込みは懸念されます。 PET スキャンは通常、PET/CT スキャンと呼ばれる、詳細な解剖学的マッピングを目的とした全身コンピューター断層撮影 (CT) スキャンで行われます。ガリウムに対する新たな関心は、発電機で生成され、半減期が短いため、広く入手できるためです。ガリウムの使用、現場でのラベル付け、放射性医薬品の使用は、サイクロトロンが近くになくても、製品を配送しなくても行うことができます。放射性標識のペアには、組織または受容体の特性に固有のさまざまな感度と特異性があります。 DOTATATE は最近、希少疾病用医薬品の認定を受けており、それによってガリウム 68 への関心も再び高まっています。ガリウム 67 は、半減期 3.26 日のガンマ線放射同位体で、多くの病状の画像化に使用されていましたが、現在では、フッ素 18 (18F) フルオロ デオキシグルコース (FDG) (18F-FDG) がそのほとんどを置き換えています。どちらの同位体も、製造および個別に投与量を購入するには高エネルギーのサイクロトロンが必要です。したがって、いつでも利用できるわけではありません。グルコース代謝を利用した非特異的代謝指標である 18F-FDG は、主にガリウム 67 に取って代わりましたが、最近ではガリウム 68 標識放射性トレーサーとしてガリウムの有用性が新たに開発されています。この進化には、半減期の短縮、オンサイト生成、ソマトスタチン受容体、前立腺 (68Ga-PSMA-11 PET/MR) トレーサー、および骨組織および軟組織の転移を含むその他の癌診断が含まれます。ガリウム 67 (67Ga) は、炎症や肉芽腫反応のイメージングに今でも使用されています。解像度と画質が低く、半減期が長いため患者への放射線負担が高くなります。半減期が長いため、イメージングは注射後少なくとも 2 日後に行われます。ガリウム 67 は通常、クエン酸塩または硝酸塩と結合します (どちらも注射すると血液中で解離し、ガリウム イオン 67Ga3+ が残ります)。 WBC SPECT イメージングは、感染イメージングのガリウム 67 にほぼ取って代わりましたが、それが使用される特定の状況が依然として存在します。例としては、脊髄感染症、免疫不全患者、慢性感染症に関する偽陰性を除外することが挙げられます。ガリウム 68 は通常、68Ge/68Ga 発電機によって生成されます。 68Ga は近くにサイクロトロンを必要とせず、親同位体 68Ge の半減期は 271 日であるため、このプロセスには 18F-FDG よりも利点があります。 68Ge は通常、69Ga の陽子衝突から作られます。 68Ge は電子捕獲によって崩壊します。 68Ga は大部分が陽電子放出 (収率 89%) によって崩壊し、平均 0.89 MeV、最大エネルギー 1.9MeV になります。これは、0.25 MeV および最大 0.63MeV である 18F (陽電子収率 96.7%) よりも高いエネルギーです。陽電子放出収量が低く、終点エネルギー放出が高いと、PET スキャンの解像度が低下するため、理論的にはガリウムのイメージング解像度が低くなります。ガリウムは 18F よりも感度が低く、空間分解能も劣りますが、標識すると臨床画像のコントラストが高いため、病変の検出が容易になります。さらに、3mm 検出スキャナが使用されている限り、どちらの放射性核種も高品質の画像を生成します。半減期が短いため、イメージングは約 1 時間で実行できます。 68Ga3+ カチオンは、原子供与体として酸素、窒素、硫黄を使用してさまざまな分子を結合させることができます。ガリウム 68 の需要が増加しているため、医療用サイクロトロンによっても生成される可能性があります。当初、68Ga は EDTA (エチレンジアミン四酢酸) 誘導体などの配位子と組み合わせられていましたが、数年後、DTPA (ジエチレントリアミン五酢酸) または DOTA (1,4,7,10-テトラアザシクロドデカン-1,4,7,10-四酢酸) との組み合わせが開発されました。 ) ベースのデリバティブ。これにより、68Ga-DOTA-オクトレオテートがインジウム-111-DTPA-オクトレオスキャンの代替品となることが可能になりました。 68Ga は、67Ga と同じサイト親和性を与えますが、半減期が短いクエン酸塩を含む多くの分子と組み合わせることができます。現在、68Ga とシプロフロキサシンや DOTA-デプシドマイシンなどの抗菌剤を組み合わせた試験が行われています。

A gallium scan is a study that uses intravenously injectable isotopes of gallium to produce nuclear medicine images. Gallium was one of the first radioisotopes used for diagnostic nuclear medicine. Gallium, discovered in 1875 by Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, was first considered for diagnostic and therapeutic medical use in the 1940s by the research of H. C. Dudley and his co-workers. Gallium scans were initially used for localizing tumors and abscesses. Commercially available radiopharmaceuticals gallium-67 (67Ga) and gallium-68 (68Ga) are widely used. Although gallium-72 proved less useful for medical use, gallium-67, produced by proton bombarded zinc, and particularly gallium-68, produced by generator accelerating of germanium-68 (68Ge), emerged as solid contenders after measurement instrumentation became more advanced. Initially, gallium-67 was unexpectedly found to highlight Hodgkin’s lymphoma, although it was intended for osseous cancer. It was later realized that the isotope could be used for a broader range of malignancies and inflammatory processes. Historically, gallium-67 scans were used to diagnose many diseases, including bone infections, cancers (especially lymphomas), fevers of unknown origin, non-specific inflammation, and intra-abdominal abscesses. It was also used to evaluate inflammatory disease of the lungs like sarcoidosis, interstitial pneumonitis, pulmonary tuberculosis, and pulmonary fibrosis. Gallium-67 is used with single-photon emission computed tomography (SPECT), while gallium-68 is used with positron emission tomography (PET). Gallium is trivalent metal and treated similarly to ferric iron in the body. Gallium-67 is relatively insoluble at normal pH and requires substances like citrate ions to form a complex to dissolve once in the body. Roughly 75% of the administered dose remains in the body after 48-72 hours and distributes evenly in soft tissues, liver, and bone. Around 90% of 67Ga is bound to transferrin in the blood plasma. Subsequently, it dissociates at low pH (exudate, or tumor site) and binds to lactoferrin due to vascular flow increased in the area. White blood cells may bind and transport 67Ga as well. Siderophores produced by bacteria have a good affinity for 67Ga and can form a complex to be taken up by the bacteria. It is also thought that bacteria have direct uptake of 67Ga via facilitated diffusion and nonspecific binding sites.  Gallium-68 (68Ga) is a positron-emitting isotope with a half-life of 68 minutes. It can be generated from germanium-68 or zinc-68. It can be used for the inherent properties in the radiometal itself or the chelated agent's chemical properties (most commonly a somatostatin analog). It is often attached to a specific chelating agent to be used as a tracer (e.g., DOTA-octreotate, also known as DOTATATE). The agent keeps gallium stably bound and free to distribute while binding to a specific receptor molecule. DOTATATE, DOTATOC, and DOTANOC are also referred to as GaTate, GaToc, and GaNoc, respectively. Bifunctional chelating is used to bind the metal (68Ga3+ ion) to a complex. The complex should have a high affinity with gallium for in vivo stability, while the targeting biomolecule (ex. drug, peptide, or antibody) in the complex is free to bind to a specific site and concentrate there. Essentially, gallium is paired with a compound that binds to a target tissue site. The complex is injected intravenously and is imaged with a PET detector at specific times depending on the desired target site uptake, but usually after one hour. In the case of GaTate, affinity is highest to the somatostatin receptor (SSTR) subtype 2. This leads to intense uptake in the spleen, adrenal glands, kidneys (not due to SSTR), and pituitary, with moderate intensity in the liver (not due to SSTR), thyroid, and saliva glands. There is also uptake in other areas such as the pancreas, bone, brain, and lymph nodes. GaToc has a high affinity to SSTR subtype 5, and GaNoc has a high affinity to SSTR subtypes 3 and 5. A homogenous uptake is physiologic, while intense heterogeneous, irregular focal uptake is worrying. The PET scan is usually done with a whole-body computed tomographic (CT) scan for detailed anatomical mapping, referred to as a PET/CT scan. The renewed interest in gallium is due to its widespread availability as it is generator-produced and has a short half-life. Using gallium, on-site labeling, and radiopharmaceutical use can be done without a cyclotron nearby or delivering the product. The radiolabel paired has varying sensitivity and specificity inherent to the tissue or receptor properties. DOTATATE has recently been given orphan drug status, and that also has renewed some of the interest in gallium-68. Gallium-67 is a gamma-emitting isotope with a half-life of 3.26 days that was used for imaging many pathologies, although now, fluorine-18 (18F) fluoro-deoxyglucose (FDG) (18F-FDG) has mostly replaced it. Both isotopes require a high-energy cyclotron for production and for doses to be individually purchased; therefore, they are not always available. 18F-FDG, a nonspecific metabolic indicator using glucose metabolism, has mostly replaced gallium-67, but recently there have been new developments in gallium’s utility, now as a gallium-68 labeled radiotracers. This evolution includes a shorter half-life, on-site generation, somatostatin receptor, prostate (68Ga-PSMA-11 PET/MR) tracers, and other cancer diagnoses, including boney and soft tissue metastasis. Gallium-67 (67Ga) is still used for imaging inflammation and granulomatous reactions. It produces low resolution and image quality and has a high radiation burden to patients due to its longer half-life. Imaging takes place at least two days after injection due to this long half-life. Gallium-67 is commonly bonded with citrate or nitrate (both dissociate in the blood when injected, leaving the gallium ion, 67Ga3+). Although WBC SPECT imaging has mostly replaced gallium-67 for infection imaging, there are still specific circumstances for it to be used. Examples include to rule out false negatives on spinal infections, immunocompromised patients, and chronic infections. Gallium-68 is typically created by a 68Ge/68Ga generator. This process has an advantage over 18F-FDG, as 68Ga does not require a nearby cyclotron, and the parent isotope 68Ge has a half-life of 271 days. 68Ge is usually made from proton bombardment of 69Ga. 68Ge decays through electron capture. 68Ga mostly decays through positron emission (yields 89%) with a mean MeV of 0.89 and maximum energy of 1.9MeV. That is higher energy than 18F (with positron yield 96.7%), which is 0.25 MeV and max 0.63MeV. Since lower positron emission yields and higher endpoint energy emission leads to lower resolution in PET scans, this causes Gallium to have a theoretically lower resolution on imaging. Gallium has lower sensitivity and inferior spatial resolution than 18F, but gallium has a high clinical image contrast when labeled, making lesion detection easier. Moreover, both radionuclides produce high-quality imaging as long as a 3mm detection scanner is used. Imaging can occur in approximately one hour due to the short half-life. The 68Ga3+ cation allows it to join various molecules using oxygen, nitrogen, and sulfur as atom donors. Due to increased gallium-68 demands, it can also be created by a medical cyclotron. Originally 68Ga was paired with ligands such as EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) derivatives, and years later, developed pairing with DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid) or DOTA (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid)-based derivatives. This allowed 68Ga-DOTA-octreotate to become an alternative to Indium-111-DTPA-octreoscan. 68Ga can be paired with many molecules, including citrate, which gives it the same site affinities as 67Ga, but lower half-life. There are currently trials pairing 68Ga with antimicrobials such as ciprofloxacin and DOTA-depsidomycin.