健康女性中[89Zr]Zr-oxine标记自体白细胞的首次人体PET/CT剂量学、生物分布与安全性研究

《European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging》：First-in-human dosimetry and biodistribution of [89Zr]Zr-oxine-labeled autologous leukocytes using PET/CT

　　

目的：利用锆-89（zirconium-89，⁸⁹Zr）正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）进行细胞示踪具有广泛的临床和研究应用潜力，包括感染和炎症成像以及细胞治疗示踪。这项前瞻性首次人体临床试验评估了[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞在健康女性受试者中的剂量学与安全性特征。

方法：4名健康成年女性受试者（年龄37–53岁）接受10.9 ± 2.9 MBq的[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞，并在5个时间点（0、4、24、48和72 h）接受全身PET/计算机断层扫描（computed tomography，CT）成像。研究人员在CT上使用基于机器学习的方法自动分割感兴趣区（region of interest，ROI）并手动校正。采用Simpson法计算时间积分活度系数（time-integrated activity coefficient，TIAC），在最后时间点之后假设仅按物理衰变。使用OLINDA 2.1估计平均吸收剂量系数和有效剂量系数。

结果：所有受试者均对给药耐受良好。最高的平均吸收剂量系数（mGy/MBq）及其标准差见于脾（3.52 ± 1.38）、肝（2.1 ± 0.45）、肾上腺（1.62 ± 0.24）、子宫（1.48 ± 0.98）和肾（1.36 ± 0.12）。平均有效剂量系数为0.92 ± 0.06 mSv/MBq，数值上低于基于成年女性[¹¹¹In]In-oxine标记白细胞分布预测的1.14 mSv/MBq（P = 0.006，单样本t检验）。使用[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记白细胞能够可视化白细胞的分布和时间动态。

结论：本研究证明[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记白细胞在健康人体中安全且剂量学良好。这些结果支持在多种临床和研究环境中进一步使用该方法通过PET对自体白细胞进行成像。

试验注册：ClinicalTrials.gov NCT03807973。注册日期：2019年1月16日。

论文主体内容解读

研究背景：自体白细胞放射性标记最早可追溯至20世纪70年代中期，当时使用发射γ射线的^99mTc（t_1/2 = 6 h）和¹¹¹In（t_1/2 = 2.8 d）。在首次人体[¹¹¹In]In-oxine标记白细胞成像后，单光子发射计算机断层扫描（single-photon emission computed tomography，SPECT）对自体白细胞的成像广泛用于感染和其他炎症过程。近年来，嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor，CAR）T细胞等细胞治疗的发展，增加了对标记细胞群体以实时评估治疗反应的兴趣。传统上，[¹¹¹In]In-oxine和[^99mTc]Tc-hexamethylpropylenamine-oxime（^99mTc-HMPAO）等SPECT放射性药物用于白细胞成像，但PET/CT较SPECT具有更高灵敏度、更好的空间和时间分辨率，促使研究人员开发用于自体白细胞放射性标记的PET成像方法。长寿命PET放射性核素如锆-89（⁸⁹Zr，t_1/2 = 3.3 d）的常规生产使该方法成为可能。其物理半衰期与¹¹¹In相当，适合在给药后数天至一周追踪自体白细胞。既往小鼠、非人灵长类模型及初步人体研究已显示该方法可行性。近期一项首次人体感染成像研究使用细胞表面螯合剂方法（Df-Bz-NCS）标记⁸⁹Zr白细胞，进一步支持PET白细胞追踪的转化潜力。然而，细胞内[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记与细胞表面螯合策略在放射化学、细胞滞留和潜在体内再分布方面存在根本差异，因此这些方法在剂量学上未必等效，且细胞内[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记白细胞的人体专门剂量学数据仍然缺乏。基于这些背景，研究人员开展本项首次人体辐射剂量学和安全性评估，纳入4名健康成年女性受试者。选择女性队列的两个主要考虑是：基于[¹¹¹In]In-oxine白细胞数据外推，女性预测有效剂量系数为1.14 mSv/MBq，高于男性的0.855 mSv/MBq；且肌痛性脑脊髓炎/慢性疲劳综合征（Myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome，ME/CFS）女性患病率更高，而该病是[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记白细胞的初始计划应用重点。该研究旨在提供安全、生物分布和剂量学数据，以支持在感染、炎症、细胞治疗以及中枢神经系统（central nervous system，CNS）神经炎症等领域进一步应用PET免疫细胞成像。

研究人员开展了什么研究并得出什么结论：这是一项前瞻性、单中心、1期首次人体研究（NCT03807973），纳入4名健康成年女性，年龄37–53岁，接受[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞，平均给药活度为10.9 ± 2.9 MBq，并在0、4、24、48和72 h进行全身PET/CT成像。研究结论为：该给药方式耐受良好；观察到的生物分布与既往小鼠和非人灵长类模型研究一致；计算的有效剂量系数与基于人体[¹¹¹In]In-oxine预测的有效剂量系数一致；这些结果确立了[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞的首次人体安全性、生物分布和剂量学数据，为未来基于PET的免疫细胞追踪临床研究提供了基础。

关键技术方法概括（不超过250字）：研究队列来源于美国阿拉巴马大学伯明翰分校（University of Alabama at Birmingham，UAB）经机构审查委员会（institutional review board，IRB）批准、研究性新药（Investigational New Drug，IND）IND136462下的4名健康成年女性，试验注册号为ClinicalTrials.gov NCT03807973。研究人员采集约120 mL外周血，分离白细胞，在商业放射药房按美国药典（United States Pharmacopeia，USP）相关章节以[⁸⁹Zr]Zr-oxine进行离体标记，经质量控制后回输。全身PET/CT于5个时间点扫描，采用CT衰减校正，初始使用标准CT，后续使用低剂量CT。利用机构内部深度学习方案自动生成CT感兴趣区（region of interest，ROI）并人工校正，随后传播至各时间点。提取时间-活度数据，采用Simpson法计算时间积分活度系数（time-integrated activity coefficient，TIAC），最后时间点后假设仅物理衰变，使用OLINDA 2.1计算器官吸收剂量系数和有效剂量系数，并采用ICRP 103组织权重。统计分析包括描述性统计和单样本t检验。

研究结果：
受试者特征与给药活度（Participant characteristics and administered activity）：研究纳入4名健康成年女性，平均年龄42.3 ± 7.4岁（范围37–53岁），接受[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞，平均给药活度10.9 ± 2.9 MBq（范围9.3–15.2 MBq）。所有受试者自报为White/Caucasian。体重范围54–86 kg，平均68.8 ± 13.6 kg。

血液分析（Blood analysis）：全血活度平均从起始约445 kBq/mL（4.05% injected activity/mL）降至72 h的83.56 kBq/mL（0.76% injected activity/mL），下降约81%。血浆活度平均从746 kBq/mL（6.78% injected activity/mL）降至150 kBq/mL（1.36% injected activity/mL），下降约80%。血浆活性浓度高于全血，尤其在初始时间点。该结果与PET图像显示标记白细胞随时间从血池清除一致。

预测的[⁸⁹Zr]Zr-oxine自体白细胞剂量学（Predicted [⁸⁹Zr]Zr-oxine autologous leukocytes` dosimetry）：预测剂量学假设基于[¹¹¹In]In-oxine白细胞已发表剂量学，即30%分布至脾、30%至肝、34%至红骨髓、6%至其余身体，且无排泄。本研究中，实测器官生物分布约为32%活性在肝、8%在脾、15%在红骨髓。研究人员将各器官对总滞留时间的相对贡献输入OLINDA 2.1计算器官剂量当量和有效剂量系数，仅考虑⁸⁹Zr在最后成像时间点后的物理衰变，未计入生物清除，这可能保守高估滞留时间和器官剂量。

生物分布与剂量学（Biodistribution and dosimetry）：注射[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞后，受试者在5个时间点行PET/CT。初始0 h至24 h，最高摄取见于肝、脾、心和血池。至24 h并持续至48 h和72 h，肝、脾和红骨髓摄取渐显，尤其骨盆和髂嵴。整体生物分布模式与[¹¹¹In]In-oxine标记白细胞定性相似。4名健康受试者在48 h的生物分布模式具有重复性，主要摄取位于肝、脾和骨髓。探索性骨骼摄取分析显示，中央富骨髓骨骼区域的平均标准摄取值（mean standardized uptake value，SUVmean）在整个成像期间持续高于皮质胫骨，而皮质胫骨摄取保持低水平且无进行性累积证据，支持骨骼活性主要反映生理性白细胞归巢至红骨髓，而非释放游离⁸⁹Zr的再分布。器官平均吸收剂量系数最高者为脾（3.52 ± 1.38）、肝（2.1 ± 0.45）、肾上腺（1.62 ± 0.24）、子宫（1.48 ± 0.98）和肾（1.36 ± 0.12）mGy/MBq。对有效剂量系数贡献最高者包括胃壁（0.13 ± 0.02）、肺（0.13 ± 0.01）、红骨髓（0.10 ± 0.001）、乳腺（0.08 ± 0.006）和肝（0.08 ± 0.01）。女性受试者平均有效剂量系数为0.92 ± 0.06 mSv/MBq（中位数0.91 mSv/MBq，n = 4），数值上低于基于[¹¹¹In]In-oxine白细胞预测的1.14 mSv/MBq，平均差为?0.22 mSv/MBq，95% CI为?0.32至?0.12，t = ?6.98，P = 0.006。由于样本量有限，该统计比较应视为探索性。

安全性评估（Safety assessment）：8-羟基喹啉平均给药质量为1.4 ± 0.2 mg，平均给药活度为10.9 ± 2.9 MBq。4名受试者在接受[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞后至72 h，未观察到不良事件、临床显著实验室异常或可检测药理效应。生命体征未见临床意义变化。完成方案后24 h联系受试者评估不良事件，均未报告。

讨论部分总结：该首次人体研究确立了[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞的安全性、生物分布和辐射剂量学数据，为PET免疫细胞动态追踪提供了转化里程碑。与短寿命PET核素或快速生物清除的放射性药物不同，⁸⁹Zr较长半衰期和标记白细胞滞留可能对预期寿命较长者尤其同一受试者多次研究构成剂量学问题；但本研究结果支持该方法安全性，剂量学特征处于其他⁸⁹Zr标记放射性药物范围内。观察到的生物分布与既往小鼠、非人灵长类及[¹¹¹In]In-oxine标记白细胞一致，主要定位于肝、脾和红骨髓。血浆活性高于全血属意外发现，可能由白细胞裂解、活性从白细胞外流或buffy coat形成不足导致部分白细胞留在血浆，需后续人体研究进一步调查。较低有效剂量系数可能反映物理和生物因素差异，包括本研究采用PET/CT全身器官剂量学而¹¹¹In剂量学仅用SPECT，以及⁸⁹Zr-oxine与¹¹¹In-oxine在细胞内滞留方面的差异。其他⁸⁹Zr细胞标记方法包括细胞表面蛋白修饰如Df-Bz-NCS；这些方法标记细胞表面蛋白而非实现细胞内捕获，可能影响标记稳定性、生物分布、体内细胞追踪表现以及细胞功能和行为，需进一步比较细胞内与表面标记策略对细胞活力、功能、标记稳定性和定量成像性能的影响。游离⁸⁹Zr对羟基磷灰石具有高亲和力，若大量外流会优先累积于矿化骨；探索性骨骼分析未发现皮质骨进行性摄取，支持观察到的骨骼活性主要反映生理性红骨髓归巢，但不能完全排除低水平放射性核素外流，尤其最后成像时间点之后。选择[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记方法因其与已建立的¹¹¹In oxine标记方法相似，便于临床转化。近期使用Df-Bz-NCS的⁸⁹Zr标记白细胞首次人体感染成像支持PET白细胞追踪的临床可行性。该方法也可能适合标记CAR T细胞等细胞治疗产品，以通过PET追踪其初始生物分布和肿瘤靶向。心血管炎症成像在早期可能因血池持续活性受限，可能需72 h或更晚成像以获得最佳靶/血池对比。与其他⁸⁹Zr标记单克隆抗体比较，本研究平均有效剂量系数0.92 ± 0.06 mSv/MBq处于同一范围；例如[⁸⁹Zr]Zr-DFO-girentuximab约0.57 mSv/MBq，[⁸⁹Zr]Zr-pertuzumab为0.54 mSv/MBq。本研究剂量较高可能部分因活性在体内滞留更多，代谢和排泄少于单克隆抗体。长轴向视野PET/CT扫描仪可提高灵敏度，可能降低给药活度需求。自动化CT器官分割是优势，可减少观察者变异并提高可重复性。该方法可能用于追踪脑浸润白细胞，适用于神经炎症和神经退行性疾病；研究提示初始白细胞侵入关键窗口为损伤后3–4天，⁸⁹Zr较长半衰期可能适合该窗口。未来研究将聚焦于已知或疑似CNS炎症患者，包括多发性硬化症和ME/CFS。局限性包括样本量小、仅纳入女性、72 h后仅假设物理衰变可能高估滞留时间、未进行趋化性、吞噬活性、活化状态和流式细胞术等功能表征，以及健康志愿者不能反映活动性感染或炎症患者的白细胞分布变化。未来需更大队列、男女受试者以及感染或炎症患者研究以验证这些发现。

研究结论翻译：这项[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞的首次人体剂量学研究耐受良好。观察到的生物分布与既往小鼠和非人灵长类模型研究一致。计算的有效剂量系数与基于人体[¹¹¹In]In-oxine预测的有效剂量系数一致。这些发现确立了[⁸⁹Zr]Zr-oxine标记自体白细胞的首次人体安全性、生物分布和剂量学数据，并为未来使用基于PET的免疫细胞追踪临床研究提供了基础。