This report describes the first human study of a novel amyloid-imaging positron emission tomography (PET) tracer, termed Pittsburgh Compound-B (PIB), in 16 patients with diagnosed mild AD and 9 controls. Compared with controls, AD patients typically showed marked retention of PIB in areas of association cortex known to contain large amounts of amyloid deposits in AD. In the AD patient group, PIB retention was increased most prominently in frontal cortex (1.94-fold, p = 0.0001). Large increases also were observed in parietal (1.71-fold, p = 0.0002), temporal (1.52-fold, p = 0.002), and occipital (1.54-fold, p = 0.002) cortex and the striatum (1.76-fold, p = 0.0001). PIB retention was equivalent in AD patients and controls in areas known to be relatively unaffected by amyloid deposition (such as subcortical white matter, pons, and cerebellum). Studies in three young (21 years) and six older healthy controls (69.5 +/- 11 years) showed low PIB retention in cortical areas and no significant group differences between young and older controls. In cortical areas, PIB retention correlated inversely with cerebral glucose metabolism determined with 18F-fluorodeoxyglucose. This relationship was most robust in the parietal cortex (r = -0.72; p = 0.0001). The results suggest that PET imaging with the novel tracer, PIB, can provide quantitative information on amyloid deposits in living subjects.

Alzheimer's disease (AD) and antecedent factors associated with AD were explored using amyloid imaging and unbiased measures of longitudinal atrophy in combination with reanalysis of previous metabolic and functional studies. In total, data from 764 participants were compared across five in vivo imaging methods. Convergence of effects was seen in posterior cortical regions, including posterior cingulate, retrosplenial, and lateral parietal cortex. These regions were active in default states in young adults and also showed amyloid deposition in older adults with AD. At early stages of AD progression, prominent atrophy and metabolic abnormalities emerged in these posterior cortical regions; atrophy in medial temporal regions was also observed. Event-related functional magnetic resonance imaging studies further revealed that these cortical regions are active during successful memory retrieval in young adults. One possibility is that lifetime cerebral metabolism associated with regionally specific default activity predisposes cortical regions to AD-related changes, including amyloid deposition, metabolic disruption, and atrophy. These cortical regions may be part of a network with the medial temporal lobe whose disruption contributes to memory impairment.

Abstract Objectives Amyloid‐β 42 (Aβ 42 ) appears central to Alzheimer's disease (AD) pathogenesis and is a major component of amyloid plaques. Mean cerebrospinal fluid (CSF) Aβ 42 is decreased in dementia of the Alzheimer's type. This decrease may reflect plaques acting as an Aβ 42 “sink,” hindering transport of soluble Aβ 42 between brain and CSF. We investigated this hypothesis. Methods We compared the in vivo brain amyloid load (via positron emission tomography imaging of the amyloid‐binding agent, Pittsburgh Compound‐B [PIB]) with CSF Aβ 42 and other measures (via enzyme‐linked immunosorbent assay) in clinically characterized research subjects. Results Subjects fell into two nonoverlapping groups: those with positive PIB binding had the lowest CSF Aβ 42 level, and those with negative PIB binding had the highest CSF Aβ 42 level. No relation was observed between PIB binding and CSF Aβ 40 , tau, phospho‐tau 181 , plasma Aβ 40 , or plasma Aβ 42 . Importantly, PIB binding and CSF Aβ 42 did not consistently correspond with clinical diagnosis; three cognitively normal subjects were PIB‐positive with low CSF Aβ 42 , suggesting the presence of amyloid in the absence of cognitive impairment (ie, preclinical AD). Interpretation These observations suggest that brain amyloid deposition results in low CSF Aβ 42 , and that amyloid imaging and CSF Aβ 42 may potentially serve as antecedent biomarkers of (preclinical) AD. Ann Neurol 2006

Objective:  To compare brain β-amyloid (Aβ) burden measured with [¹¹C]Pittsburgh Compound B (PIB) PET in normal aging, Alzheimer disease (AD), and other dementias. Methods:  Thirty-three subjects with dementia (17 AD, 10 dementia with Lewy bodies [DLB], 6 frontotemporal dementia [FTD]), 9 subjects with mild cognitive impairment (MCI), and 27 age-matched healthy control subjects (HCs) were studied. Aβ burden was quantified using PIB distribution volume ratio. Results:  Cortical PIB binding was markedly elevated in every AD subject regardless of disease severity, generally lower and more variable in DLB, and absent in FTD, whereas subjects with MCI presented either an “AD-like” (60%) or normal pattern. Binding was greatest in the precuneus/posterior cingulate, frontal cortex, and caudate nuclei, followed by lateral temporal and parietal cortex. Six HCs (22%) showed cortical uptake despite normal neuropsychological scores. PIB binding did not correlate with dementia severity in AD or DLB but was higher in subjects with an APOE-ε4 allele. In DLB, binding correlated inversely with the interval from onset of cognitive impairment to diagnosis. Conclusions:  Pittsburgh Compound B PET findings match histopathologic reports of β-amyloid (Aβ) distribution in aging and dementia. Noninvasive longitudinal studies to better understand the role of amyloid deposition in the course of neurodegeneration and to determine if Aβ deposition in nondemented subjects is preclinical AD are now feasible. Our findings also suggest that Aβ may influence the development of dementia with Lewy bodies, and therefore strategies to reduce Aβ may benefit this condition.

Background:  Beta-amyloid (Aβ) plaques are the hallmark of Alzheimer disease (AD). A PET imaging tracer that binds to Aβ plaques in vivo, N-methyl-[¹¹C]2-(4′-methylaminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole (or [¹¹C]PIB for “Pittsburgh Compound-B”), has significantly higher binding in subjects diagnosed with dementia of the Alzheimer type (DAT) compared to nondemented controls. The authors used this imaging technique to investigate whether abnormal binding occurs in clinically normal individuals, prior to the development of cognitive changes. Methods:  Forty-one nondemented subjects (age range 20 to 86 years) and 10 patients with DAT (age range 66 to 86 years) underwent [¹¹C]PIB PET scanning. Regions of interest were drawn on the MRI over the cerebellar, prefrontal, lateral temporal, occipital, gyrus rectus, precuneus, and striatal cortex. Binding potential values (BPs), proportional to the density of [¹¹C]PIB-Aβ binding sites, were calculated using the Logan graphical analysis and the cerebellar cortex for a reference tissue. Results:  Patients with DAT had elevated BP values vs nondemented subjects (p < 0.0001). Four of the 41 nondemented subjects had elevated cortical BP values and their BP values as a group were not significantly different from the DAT subjects9 BP values. Two of these four nondemented subjects had [¹¹C]PIB uptake, both visually and quantitatively, that was indistinguishable from the DAT subjects. Conclusions:  Elevated [¹¹C]PIB binding in nondemented subjects suggests that [¹¹C]PIB amyloid imaging may be sensitive for detection of a preclinical Alzheimer disease state. Longitudinal studies will be required to determine the association of elevated [¹¹C]PIB binding and risk of developing dementia of the Alzheimer type.

Objective: To characterize the prevalence of amyloid deposition in a clinically unimpaired elderly population, as assessed by Pittsburgh Compound B (PiB) positron emission tomography (PET) imaging, and its relationship to cognitive function, measured with a battery of neuropsychological tests.Design: Subjects underwent cognitive testing and PiB PET imaging (15 mCi for 90 minutes with an ECAT HRϩ scanner).Logan graphical analysis was applied to estimate regional PiB retention distribution volume, normalized to a cerebellar reference region volume, to yield distribution volume ratios (DVRs).Setting: University medical center.Participants: From a community-based sample of volunteers, 43 participants aged 65 to 88 years who did not meet diagnostic criteria for Alzheimer disease or mild cognitive impairment were included.Main Outcome Measures: Regional PiB retention and cognitive test performance.Results: Of 43 clinically unimpaired elderly persons imaged, 9 (21%) showed evidence of early amyloid depo-sition in at least 1 brain area using an objectively determined DVR cutoff.Demographic characteristics did not differ significantly between amyloid-positive and amyloidnegative participants, and neurocognitive performance was not significantly worse among amyloid-positive compared with amyloid-negative participants.Conclusions: Amyloid deposition can be identified among cognitively normal elderly persons during life, and the prevalence of asymptomatic amyloid deposition may be similar to that of symptomatic amyloid deposition.In this group of participants without clinically significant impairment, amyloid deposition was not associated with worse cognitive function, suggesting that an elderly person with a significant amyloid burden can remain cognitively normal.However, this finding is based on relatively small numbers and needs to be replicated in larger cohorts.Longitudinal follow-up of these subjects will be required to support the potential of PiB imaging to identify preclinical Alzheimer disease, or, alternatively, to show that amyloid deposition is not sufficient to cause Alzheimer disease within some specified period.

The synthesis and evaluation of a series of neutral analogues of thioflavin-T (termed BTA's) with high affinities for aggregated amyloid and a wide range of lipophilicities are reported. Radiolabeling with high specific activity [11C]methyl iodide provided derivatives for in vivo evaluation. Brain entry in control mice and baboons was high for nearly all of the analogues at early times after injection, but the clearance rate of radioactivity from brain tissue varied by more than 1 order of magnitude. Upon the basis of its rapid clearance from normal mouse and baboon brain tissues, [N-methyl-11C]2-(4'-methylaminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole (or [11C]6-OH-BTA-1) was selected as the lead compound for further evaluation. The radiolabeled metabolites of [11C]6-OH-BTA-1 were polar and did not enter brain. The binding affinities of [N-methyl-3H]6-OH-BTA-1 for homogenates of postmortem AD frontal cortex and synthetic Aβ(1−40) fibrils were similar (Kd = 1.4 nM and 4.7 nM, respectively), but the ligand-to-Aβ peptide binding stoichiometry was ∼400-fold higher for AD brain than Aβ(1−40) fibrils. Staining of AD frontal cortex tissue sections with 6-OH-BTA-1 indicated the selective binding of the compound to amyloid plaques and cerebrovascular amyloid. The encouraging in vitro and in vivo properties of [11C]6-OH-BTA-1 support the choice of this derivative for further evaluation in human subject studies of brain Aβ deposition.

Abstract Multifactorial mechanisms underlying late-onset Alzheimer’s disease (LOAD) are poorly characterized from an integrative perspective. Here spatiotemporal alterations in brain amyloid-β deposition, metabolism, vascular, functional activity at rest, structural properties, cognitive integrity and peripheral proteins levels are characterized in relation to LOAD progression. We analyse over 7,700 brain images and tens of plasma and cerebrospinal fluid biomarkers from the Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI). Through a multifactorial data-driven analysis, we obtain dynamic LOAD–abnormality indices for all biomarkers, and a tentative temporal ordering of disease progression. Imaging results suggest that intra-brain vascular dysregulation is an early pathological event during disease development. Cognitive decline is noticeable from initial LOAD stages, suggesting early memory deficit associated with the primary disease factors. High abnormality levels are also observed for specific proteins associated with the vascular system’s integrity. Although still subjected to the sensitivity of the algorithms and biomarkers employed, our results might contribute to the development of preventive therapeutic interventions.

To date, most diagnostic imaging comparisons between amyloid labelling ligands and other imaging modalities have been between the use of amyloid labelling ligand (11)C Pittsburgh Compound B (PiB) and FDG-PET. Our objectives were to compare cognitive performance and diagnostic group-wise discrimination between cognitively normal, amnestic mild cognitive impairment (MCI) and Alzheimer's disease subjects with MRI-based measures of hippocampal volume and PiB retention, and secondly to evaluate the topographic distribution of PiB retention and grey matter loss using 3D voxel-wise methods. Twenty cognitively normal, 17 amnestic MCI and 8 probable Alzheimer's disease subjects were imaged with both MRI and PiB. PiB retention was quantified as the ratio of uptake in cortical to cerebellar regions of interest (ROIs) 40-60 min post-injection. A global cortical PiB retention summary measure was derived from six cortical ROIs. Statistical parametric mapping (SPM) and voxel-based morphometry (VBM) were used to evaluate PiB retention and grey matter loss on a 3D voxel-wise basis. Alzheimer's disease subjects had high global cortical PiB retention and low hippocampal volume; most cognitively normal subjects had low PiB retention and high hippocampal volume; and on average amnestic MCI subjects were intermediate on both PiB and hippocampal volume. A target-to-cerebellar ratio of 1.5 was used to designate subjects with high or low PiB cortical retention. All Alzheimer's disease subjects fell above this ratio, as did 6 out of 20 cognitively normal subjects and 9 out of 17 MCI subjects, indicating bi-modal PiB retention in the latter two groups. Interestingly, we found no consistent differences in learning and memory performance between high versus low PiB cognitively normal or amnestic MCI subjects. The SPM/VBM voxel-wise comparisons of Alzheimer's disease versus cognitively normal subjects provided complementary information in that clear and meaningful similarities and differences in topographical distribution of amyloid deposition and grey matter loss were shown. The frontal lobes had high PiB retention with little grey matter loss, anteromedial temporal areas had low PiB retention with significant grey matter loss, whereas lateral temporoparietal association cortex displayed both significant PiB retention and grey matter loss. A voxel-wise SPM conjunction analysis revealed that subjects with high PiB retention shared a common PiB retention topographical pattern regardless of clinical category, and this matched that of amyloid plaque distribution from autopsy studies of Alzheimer's disease. Both global cortical PiB retention and hippocampal volumes demonstrated significant correlation in the expected direction with cognitive testing performance; however, correlations were stronger with MRI than PiB. Pair-wise inter-group diagnostic separation was significant for all group-wise pairs for both PiB and hippocampal volume with the exception of the comparison of cognitively normal versus amnestic MCI, which was not significant for PiB. PiB and MRI provided complementary information such that clinical diagnostic classification using both methods was superior to using either in isolation.

The positron emission tomography (PET) radiotracer Pittsburgh Compound-B (PiB) binds with high affinity to β-pleated sheet aggregates of the amyloid-β (Aβ) peptide in vitro. The in vivo retention of PiB in brains of people with Alzheimer's disease shows a regional distribution that is very similar to distribution of Aβ deposits observed post-mortem. However, the basis for regional variations in PiB binding in vivo, and the extent to which it binds to different types of Aβ-containing plaques and tau-containing neurofibrillary tangles (NFT), has not been thoroughly investigated. The present study examined 28 clinically diagnosed and autopsy-confirmed Alzheimer's disease subjects, including one Alzheimer's disease subject who had undergone PiB-PET imaging 10 months prior to death, to evaluate region- and substrate-specific binding of the highly fluorescent PiB derivative 6-CN-PiB. These data were then correlated with region-matched Aβ plaque load and peptide levels, [3H]PiB binding in vitro, and in vivo PET retention levels. We found that in Alzheimer's disease brain tissue sections, the preponderance of 6-CN-PiB binding is in plaques immunoreactive to either Aβ42 or Aβ40, and to vascular Aβ deposits. 6-CN-PiB labelling was most robust in compact/cored plaques in the prefrontal and temporal cortices. While diffuse plaques, including those in caudate nucleus and presubiculum, were less prominently labelled, amorphous Aβ plaques in the cerebellum were not detectable with 6-CN-PiB. Only a small subset of NFT were 6-CN-PiB positive; these resembled extracellular ‘ghost’ NFT. In Alzheimer's disease brain tissue homogenates, there was a direct correlation between [3H]PiB binding and insoluble Aβ peptide levels. In the Alzheimer's disease subject who underwent PiB-PET prior to death, in vivo PiB retention levels correlated directly with region-matched post-mortem measures of [3H]PiB binding, insoluble Aβ peptide levels, 6-CN-PiB- and Aβ plaque load, but not with measures of NFT. These results demonstrate, in a typical Alzheimer's disease brain, that PiB binding is highly selective for insoluble (fibrillar) Aβ deposits, and not for neurofibrillary pathology. The strong direct correlation of in vivo PiB retention with region-matched quantitative analyses of Aβ plaques in the same subject supports the validity of PiB-PET imaging as a method for in vivo evaluation of Aβ plaque burden.