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.

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.

A valid quantitative imaging method for the measurement of amyloid deposition in humans could improve Alzheimer's disease (AD) diagnosis and antiamyloid therapy assessment. Our group developed Pittsburgh Compound-B (PIB), an amyloid-binding radiotracer, for positron emission tomography (PET). The current study was aimed to further validate PIB PET through quantitative imaging (arterial input) and inclusion of subjects with mild cognitive impairment (MCI). Pittsburgh Compound-B studies were performed in five AD, five MCI, and five control subjects and five subjects were retested within 20 days. Magnetic resonance images were acquired for partial volume correction and region-of-interest definition (e.g., posterior cingulate: PCG; cerebellum: CER). Data were analyzed using compartmental and graphical approaches. Regional distribution volume (DV) values were normalized to the reference region (CER) to yield DV ratios (DVRs). Good agreement was observed between compartmental and Logan DVR values (e.g., PCG: r=0.89, slope=0.91); the Logan results were less variable. Nonspecific PIB retention was similar across subjects (n=15, Logan CER DV: 3.63+/-0.48). Greater retention was observed in AD cortical areas, relative to controls (P<0.05). The PIB retention in MCI subjects appeared either 'AD-like' or 'control-like'. The mean test/retest variation was approximately 6% in primary areas-of-interest. The Logan analysis was the method-of-choice for the PIB PET data as it proved stable, valid, and promising for future larger studies and voxel-based statistical analyses. This study also showed that it is feasible to perform quantitative PIB PET imaging studies that are needed to validate simpler methods for routine use across the AD disease spectrum.

The serotonin-1A (5HT1A) receptor system has been implicated in the pathophysiology of major depression by postmortem studies of suicide victims and depressed subjects dying of natural causes. This literature is in disagreement, however, regarding the brain regions where 5HT1A receptor binding differs between depressives and controls and the direction of such differences relative to the normal baseline, possibly reflecting the diagnostic heterogeneity inherent within suicide samples. PET imaging using the 5HT1A receptor radioligand, [11C]WAY-100635, may clarify the clinical conditions under which 5HT1A receptor binding potential (BP) is abnormal in depression.Regional 5HT1A receptor BP values were compared between 12 unmedicated depressives with primary, recurrent, familial mood disorders and 8 healthy controls using PET and [carbonyl-11C]WAY-100635. Regions-of-interest (ROI) assessed were the mesiotemporal cortex (hippocampus-amygdala) and midbrain raphe, where previous postmortem studies suggested 5HT1A receptor binding is abnormal in depression.The mean 5HT1A receptor BP was reduced 41.5% in the raphe (p < .02) and 26.8% in the mesiotemporal cortex (p < .025) in the depressives relative to the controls. Post hoc comparisons showed the abnormal reduction in 5HT1A receptor BP was not limited to these regions, but extended to control ROI in the occipital cortex and postcentral gyrus as well. The magnitude of these abnormalities was most prominent in bipolar depressives (n = 4) and unipolar depressives with bipolar relatives (n = 4).Serotonin-1A receptor BP is abnormally decreased in the depressed phase of familial mood disorders in multiple brain regions. Of the regions tested, the magnitude of this reduction was most prominent in the midbrain raphe. Converging evidence from postmortem studies of mood disorders suggests these reductions of 5HT1A receptor BP may be associated with histopathological changes involving the raphe.

The identification of amyloid deposits in living Alzheimer disease (AD) patients is important for both early diagnosis and for monitoring the efficacy of newly developed anti-amyloid therapies. Methoxy-X04 is a derivative of Congo red and Chrysamine-G that contains no acid groups and is therefore smaller and much more lipophilic than Congo red or Chrysamine-G. Methoxy-X04 retains in vitro binding affinity for amyloid β (Aβ) fibrils (Ki = 26.8 nM) very similar to that of Chrysamine-G (Ki = 25.3 nM). Methoxy-X04 is fluorescent and stains plaques, tangles, and cerebrovascular amyloid in postmortem sections of AD brain with good specificity. Using multiphoton microscopy to obtain high-resolution (1 μm) fluorescent images from the brains of living PS1/APP mice, individual plaques could be distinguished within 30 to 60 min after a single i.v. injection of 5 to 10 mg/kg methoxy-X04. A single i.p. injection of 10 mg/kg methoxy-X04 also produced high contrast images of plaques and cerebrovascular amyloid in PS1/APP mouse brain. Complementary quantitative studies using tracer doses of carbon-11-labeled methoxy-X04 show that it enters rat brain in amounts that suggest it is a viable candidate as a positron emission tomography (PET) amyloid-imaging agent for in vivo human studies.

During the development of in vivo amyloid imaging agents, an effort was made to use micro-positron emission tomography (PET) imaging in the presenilin-1 (PS1)/amyloid precursor protein (APP) transgenic mouse model of CNS amyloid deposition to screen new compounds and further study Pittsburgh Compound-B (PIB), a PET tracer that has been shown to be retained well in amyloid-containing areas of Alzheimer's disease (AD) brain. Unexpectedly, we saw no significant retention of PIB in this model even at 12 months of age when amyloid deposition in the PS1/APP mouse typically exceeds that seen in AD. This study describes a series of ex vivo and postmortem in vitro studies designed to explain this low retention. Ex vivo brain pharmacokinetic studies confirmed the low in vivo PIB retention observed in micro-PET experiments. In vitro binding studies showed that PS1/APP brain tissue contained less than one high-affinity ( K d = 1-2 n m ) PIB binding site per 1000 molecules of amyloid-β (Aβ), whereas AD brain contained >500 PIB binding sites per 1000 molecules of Aβ. Synthetic Aβ closely resembled PS1/APP brain in having less than one high-affinity PIB binding site per 1000 molecules of Aβ, although the characteristics of the few high-affinity PIB binding sites found on synthetic Aβ were very similar to those found in AD brain. We hypothesize that differences in the time course of deposition or tissue factors present during deposition lead to differences in secondary structure between Aβ deposited in AD brain and either synthetic Aβ or Aβ deposited in PS1/APP brain.

Objective: To investigate whether longitudinal declines in cognition are associated with higher fibrillar amyloid-beta (Aβ) deposition in vivo in individuals without dementia. Method: [¹¹C]PiB images were obtained to measure fibrillar Aβ burden in 57 participants without dementia from the Baltimore Longitudinal Study of Aging. Participants (33 men, 24 women) had a mean (SD) age of 78.7 (6.2) years. Six participants (4 men, 2 women) had mild cognitive impairment defined as Clinical Dementia Rating = 0.5. To measure [¹¹C]PiB retention, distribution volume ratios (DVR) for 15 regions of interest were estimated by fitting a simplified reference tissue model to the measured time activity curves. Mixed effects regression was used to predict cognitive trajectories over time using data before and including time of PiB (mean follow-up 10.8 years), with mean cortical DVR, age at baseline, sex, and education as independent predictors. Voxel-based analysis identified local associations. Results: [¹¹C]PiB retention was higher in older individuals. Greater declines over time in mental status and verbal learning and memory, but not visual memory, were associated significantly with higher PiB retention. Voxel-based analysis showed significant associations in frontal and lateral temporal regions. Conclusions: Higher Aβ deposition is associated with greater longitudinal decline in mental status and verbal memory in the preceding years. The differential association for verbal but not visual memory may reflect the greater reliance of verbal word list learning on prefrontal regions, which show early Aβ deposition. Prospective imaging may help distinguish between individuals with evolving neuropathology who develop accelerated cognitive decline vs those with normal aging.

Prostate-specific membrane antigen (PSMA) is a type II integral membrane protein expressed on the surface of prostate cancer (PCa) cells, particularly in androgen-independent, advanced, and metastatic disease. Previously, we demonstrated that N-[N-[(S)-1,3-dicarboxypropyl]carbamoyl]-4-¹⁸F-fluorobenzyl-l-cysteine (¹⁸F-DCFBC) could image an experimental model of PSMA-positive PCa using PET. Here, we describe the initial clinical experience and radiation dosimetry of ¹⁸F-DCFBC in men with metastatic PCa. Methods: Five patients with radiologic evidence of metastatic PCa were studied after the intravenous administration of 370 MBq (10 mCi) of ¹⁸F-DCFBC. Serial PET was performed until 2 h after administration. Time–activity curves were generated for selected normal tissues and metastatic foci. Radiation dose estimates were calculated using OLINDA/EXM 1.1. Results: Most vascular organs demonstrated a slow decrease in radioactivity concentration over time consistent with clearance from the blood pool, with primarily urinary radiotracer excretion. Thirty-two PET-positive suspected metastatic sites were identified, with 21 concordant on both PET and conventional imaging for abnormal findings compatible with metastatic disease. Of the 11 PET-positive sites not identified on conventional imaging, most were within the bone and could be considered suggestive for the detection of early bone metastases, although further validation is needed. The highest mean absorbed dose per unit administered radioactivity (μGy/MBq) was in the bladder wall (32.4), and the resultant effective dose was 19.9 ± 1.34 μSv/MBq (mean ± SD). Conclusion: Although further studies are needed for validation, our findings demonstrate the potential of ¹⁸F-DCFBC as a new positron-emitting imaging agent for the detection of metastatic PCa. This study also provides dose estimates for ¹⁸F-DCFBC that are comparable to those of other PET radiopharmaceuticals such as ¹⁸F-FDG.

We previously demonstrated the ability to detect metastatic prostate cancer using N-[N-[(S)-1,3-dicarboxypropyl]carbamoyl]-4-¹⁸F-fluorobenzyl-l-cysteine (¹⁸F-DCFBC), a low-molecular-weight radiotracer that targets the prostate-specific membrane antigen (PSMA). PSMA has been shown to be associated with higher Gleason grade and more aggressive disease. An imaging biomarker able to detect clinically significant high-grade primary prostate cancer reliably would address an unmet clinical need by allowing for risk-adapted patient management. Methods: We enrolled 13 patients with primary prostate cancer who were imaged with ¹⁸F-DCFBC PET before scheduled prostatectomy, with 12 of these patients also undergoing pelvic prostate MR imaging. Prostate ¹⁸F-DCFBC PET was correlated with MR imaging and histologic and immunohistochemical analysis on a prostate-segment (12 regions) and dominant-lesion basis. There were no incidental extraprostatic findings on PET suggestive of metastatic disease. Results: MR imaging was more sensitive than ¹⁸F-DCFBC PET for detection of primary prostate cancer on a per-segment (sensitivities of up to 0.17 and 0.39 for PET and MR imaging, respectively) and per-dominant-lesion analysis (sensitivities of 0.46 and 0.92 for PET and MR imaging, respectively). However, ¹⁸F-DCFBC PET was more specific than MR imaging by per-segment analysis (specificities of 0.96 and 0.89 for PET and MR imaging for corresponding sensitivity, respectively) and specific for detection of high-grade lesions (Gleason 8 and 9) greater than 1.0 mL in size (4/4 of these patients positive by PET). ¹⁸F-DCFBC uptake in tumors was positively correlated with Gleason score (ρ = 0.64; PSMA expression, ρ = 0.47; and prostate-specific antigen, ρ = 0.52). There was significantly lower ¹⁸F-DCFBC uptake in benign prostatic hypertrophy than primary tumors (median maximum standardized uptake value, 2.2 vs. 3.5; P = 0.004). Conclusion: Although the sensitivity of ¹⁸F-DCFBC for primary prostate cancer was less than MR imaging, ¹⁸F-DCFBC PET was able to detect the more clinically significant high-grade and larger-volume tumors (Gleason score 8 and 9) with higher specificity than MR imaging. In particular, there was relatively low ¹⁸F-DCFBC PET uptake in benign prostatic hypertrophy lesions, compared with cancer in the prostate, which may allow for more specific detection of primary prostate cancer by ¹⁸F-DCFBC PET. This study demonstrates the utility of PSMA-based PET, which may be used in conjunction with MR imaging to identify clinically significant prostate cancer.

Positron emission tomography (PET) reporter systems are a valuable means of estimating the level of expression of a transgene in vivo. For example, the safety and efficacy of gene therapy approaches for the treatment of neurological and neuropsychiatric disorders could be enhanced via the monitoring of exogenous gene expression levels in the brain. The present study evaluated the ability of a newly developed PET reporter system [