Early Detection of Alzheimer's Disease Beta-amyloid Pathology -Applicability of Positron Emission Tomography with the Amyloid Radioligand 11C-PIB

Abstract

<b>Early Detection of Alzheimer's Disease Beta-amyloid Pathology -Applicability of Positron Emission Tomography with the Amyloid Radioligand ¹¹C-PIB</b>

Accumulation of beta amyloid (Abeta) in the brain is characteristic for Alzheimer’s disease (AD). Carbon-11 labeled 2-(4’-methylaminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole (¹¹C-PIB) is a novel positron emission tomography (PET) amyloid imaging agent that appears to be applicable for <i>in vivo</i> Abeta plaque detection and quantitation.

The biodistribution and radiation dosimetry of ¹¹C-PIB were investigated in 16 healthy subjects. The reproducibility of a simplified ¹¹C-PIB quantitation method was evaluated with a test-retest study on 6 AD patients and 4 healthy control subjects. Brain ¹¹C-PIB uptake and its possible association with brain atrophy rates were studied over a two-year follow-up in 14 AD patients and 13 healthy controls. Nine monozygotic and 8 dizygotic twin pairs discordant for cognitive impairment and 9 unrelated controls were examined to determine whether brain Abeta accumulation could be detected with ¹¹C-PIB PET in cognitively intact persons who are at increased genetic risk for AD.

The highest absorbed radiation dose was received by the gallbladder wall (41.5 mjuGy/MBq). About 20 % of the injected radioactivity was excreted into urine, and the effective whole-body radiation dose was 4.7 mjuSv/MBq. Such a dose allows repeated scans of individual subjects. The reproducibility of the simplified ¹¹C-PIB quantitation was good or excellent both at the regional level (VAR 0.9-5.5 %) and at the voxel level (VAR 4.2-6.4 %). ¹¹C-PIB uptake did not increase during 24 months’ follow-up of subjects with mild or moderate AD, even though brain atrophy and cognitive decline progressed. Baseline neocortical ¹¹C-PIB uptake predicted subsequent volumetric brain changes in healthy control subjects (r = 0.725, p = 0.005). Cognitively intact monozygotic co-twins – but not dizygotic co-twins – of memory-impaired subjects exhibited increased ¹¹C-PIB uptake (117-121 % of control mean) in their temporal and parietal cortices and the posterior cingulate (p<0.05), when compared with unrelated controls. This increased uptake may be representative of an early AD process, and genetic factors seem to play an important role in the development of AD-like Abeta plaque pathology. ¹¹C-PIB PET may be a useful method for patient selection and follow-up for early-phase intervention trials of novel therapeutic agents. AD might be detectable in high-risk individuals in its presymptomatic stage with ¹¹C-PIB PET, which would have important consequences both for future diagnostics and for research on disease-modifying treatments.

<b>Alzheimerin taudin beta-amyloidipatologian varhainen toteaminen. ¹¹C-PIB-amyloidimerkkiaineella tehtävän positroniemissiotomografian soveltuvuus</b>

Beeta-amyloidin (Abeta) kertyminen aivoihin on tyypillistä Alzheimerin taudille (AT). Hiili-11-isotoopilla leimattu 2-(4’-metyyliaminofenyyli)-6-hydroksibentsotiatsoli (¹¹C-PIB) on uusi positroniemissiotomografiassa (PET) käytettävä merkkiaine, joka vaikuttaa soveltuvan amyloidiplakkien toteamiseen ja niiden määrän arvioimiseen.

¹¹C-PIB:n jakautumista kehossa ja sen aiheuttamaa säderasitusta tutkittiin 16 terveellä henkilöllä. Yksinkertaistettujen ¹¹C-PIB-analyysimenetelmien toistettavuutta selvitettiin toistomittausasetelmalla 6 AT-potilaalla ja 4 terveellä verrokilla. ¹¹C-PIB-kertymän muutosta sekä ¹¹C-PIB-kertymän ja aivojen kutistumisnopeuden välistä suhdetta mitattiin kahden vuoden seurantatutkimuksella, jossa oli 14 AT-potilasta ja 13 tervettä verrokkia. Tutkimalla 9 samanmunaista ja 8 erimunaista muistihäiriön suhteen toisistaan poikkeavaa kaksosparia sekä 9 iäkästä verrokkihenkilöä ¹¹C-PIB PET:lla selvitettiin, voisiko aivoamyloidia olla havaittavissa sellaisilla kognitiivisesti terveillä henkilöillä, joilla on suurentunut riski sairastua AT:iin.

Sappirakon seinämä sai elimistä suurimman määrän säteilyä, 41.5 mjuGy/MBq. Noin 20 % annetusta radioaktiivisuusannoksesta erittyi virtsaan. Efektiivinen sädeannos oli 4.7 mjuSv/MBq. Tämä annos mahdollistaa toistetut tutkimukset samoilla henkilöillä. Yksinkertaistettujen ¹¹C-PIB PET –analyysimenetelmien toistettavuus oli hyvää tai erinomaista sekä alueittain (VAR 0.9-5.5%) että kuva-alkioittain (VAR 4.2-6.4%) tarkasteltuna. ¹¹C-PIB-kertymä ei lisääntynyt AT-potilailla seuranta-ajan kuluessa, vaikka aivojen kutistuminen ja kognitiivinen heikentyminen etenivät. Alkutilanteen ¹¹C-PIB-kertymä vaikutti ennustavan terveiden verrokkien aivojen tilavuusmuutoksia seuranta-aikana (r = 0.725, p = 0.005). Kognitiivisesti terveillä muistihäiriöisten samanmunaisilla kaksosilla – mutta ei erimunaisilla kaksosilla - oli suurentuneita ¹¹C-PIB-kertymiä (117-121% verrokkien keskiarvosta) ohimo- ja päälakialueen aivokuorella sekä posteriorisessa cingulumissa (p<0.05), kun heitä verrattiin verrokkeihin. Tämä suurentunut kertymä voisi viitata varhaiseen AT-sairausprosessiin; perinnöllisillä tekijöillä on ilmeisesti merkitystä amyloidipatologian kehittymiselle aivoissa. ¹¹C-PIB PET voi olla käypä menetelmä tutkittavien valinnassa ja seurannassa, kun tehdään varhaisen sairausvaiheen tutkimuksia uusilla lääkkeillä. AT saatetaan voida todeta ¹¹C-PIB PET:n avulla täysin oireettomassa vaiheessa sellaisilla henkilöillä, joilla on suurentunut riski sairastua. Tällä voisi olla merkittäviä vaikutuksia taudinmääritykselle ja sellaisten hoitojen tutkimiselle, jotka tähtäävät taudin kulun muuttamiseen.