Positron emission tomography to assess hypoxia and perfusion in lung cancer

Table 1 Evaluated hypoxia tracers in oncology

Tracer1	Half-life	Validation studies2,3					Evaluated in clinical oncology3
		BC	Probe	Ex-M	En-M	FMISO	Lung cancer	Other cancer types
[*Cu]ATSM	[60Cu]: 23.7 min [61Cu]: 3.3 h [62Cu]: 9.7 min [64Cu]: 12.7 h	Lewis et al[133], Yuan et al[134], Kersemans et al[135], Matsumoto et al[136]	Ballegeer et al[137], Bowen et al[138], Lewis et al[133], Myerson et al[139], O'Donoghue et al[72]	Ballegeer et al[137], Hansen et al[140], Matsumoto et al[136], McCall et al[66], O'Donoghue et al[72], Oh et al[74], Yuan et al[134]	Grigsby et al[141], Tateishi et al[142], Valtorta et al[143], Weeks et al[144]	Dence et al[145], Kersemans et al[135], Lewis et al[146], Matsumoto et al[136], O'Donoghue et al[72]	Dehdashti et al[86], Lohith et al[67], Wong et al[80], Zhang et al[81]	Chao et al[147], Dehdashti et al[148], Dehdashti et al[149], Dietz et al[150], Grassi et al[151], Grigsby et al[141], Kositwattanarerk et al[152], Laforest et al[153], Lewis et al[154], Minagawa et al[155], Nyflot et al[156]
[18F]EF1	110 min	NA	NA	Evans et al[157]	NA	NA	NA	NA
[18F]EF3		Mahy et al[158], Mahy et al[159]	NA	Mahy et al[159]	NA	Mahy et al[158], Dubois et al[160]	NA	Mahy et al[161]
[18F]EF5		NA	NA	Yapp et al[162], Ziemer et al[163]	NA	NA	NA	Komar et al[164]
[18F]FAZA [18F]FETA		Reischl et al[165], Piert et al[166], Picchio et al[167], Maier et al[168], Tran et al[169] Barthel et al[187]	Busk et al[170], Mortensen et al[171], Piert et al[166], Tran et al[169] Barthel et al[187]	Busk et al[170], Busk et al[172], Busk et al[173], Busk et al[174], Busk et al[175], Graves et al[176], Maier et al[168], Solomon et al[177] NA	Belloli et al[178], Picchio et al[167], Troost et al[179], Valtorta et al[143] NA	Sorger et al[57], Piert et al[166], Reischl et al[165] Rasey et al[188]	Postema et al[180], Bollineni et al[181], Trinkaus et al[58], Verwer et al[59] NA	Grosu et al[182], Souvatzoglou et al[183], Schuetz et al[184], Shi et al[106], Mortensen et al[185], Havelund et al[186] NA
[18F]FETNIM		Grönroos et al[189]	Yang et al[60]	NA	Hu et al[85]	Grönroos et al[189], Tolvanen et al[190], Yang et al[60]	Hu et al[85], Li et al[84]	Lehtiö et al[99], Lehtiö et al[191], Lehtiö et al[192], Vercellino et al[193], Yue et al[194]
[18F]FMISO		Bentzen et al[195], Rasey et al[196], Bentzen et al[197], Troost et al[198]	Bentzen et al[125], Gagel et al[126], Bruehlmeier et al[199], Lawrentschuk et al[200], O'Donoghue et al[72], Piert et al[166], Sørensen et al[201], Gagel et al[202], Carlin et al[203], Chang et al[204], Mortensen et al[127]	Hatano et al[205], Huang et al[206], Huang et al[207], Oehler et al[208], Cho et al[209], Troost et al[210], Matsumoto et al[136], Troost et al[198], Dubois et al[211]	Dubois et al[211], Cherk et al[212], Riesterer et al[213], Lehmann et al[214], Chen et al[215], Campanile et al[216], Cheng et al[217], Sato et al[218], Norikane et al[219]		Cherk et al[212], Eschmann et al[77], Gagel et al[82], Koh et al[87], Rasey et al[220], Vera et al[83]	Koh et al[221], Liu et al[222], Yeh et al[223], Rischin et al[224], Bentzen et al[125], Rajendran et al[225], Gagel et al[126], Rajendran et al[226], Hicks et al[227], Lawrentschuk et al[200], Loi et al[228], Thorwarth et al[229], Rajendran et al[230], Rischin et al[231], Thorwarth et al[232], Zimny et al[124], Eschmann et al[233], Gagel et al[202], Thorwarth et al[234], Thorwarth et al[235], Lee et al[236], Lin et al[237], Nehmeh et al[238], Roels et al[239], Dirix et al[240], Lee et al[241], Mortensen et al[127], Wang et al[56], Abolmaali et al[242], Bowen et al[138], Eary et al[243], Kikuchi et al[244], Hugonnet et al[131], Yamane et al[245], Mammar et al[246], Zips et al[247], Cheng et al[217], Henriques de Figueiredo et al[248], Okamoto et al[249], Sato et al[218], Segard et al[250], Tachibana et al[251], Norikane et al[219]
[18F]FRP170		NA	NA	NA	NA	NA	Kaneta et al[252]	NA
[18F]FPIMO		NA	NA	Busk et al[174]	NA	NA	NA	NA
[18F]HX4		Dubois et al[61]	NA	Dubois et al[61]	Chen et al[215]	Chen et al[215]	van Loon et al[253], Zegers et al[78]	Chen et al[215]
[124I]IAZA	4.2 d	Reischl et al[165]	NA	NA	NA	Reischl et al[165]	NA	NA
[124I]IAZG		NA	Zanzonico et al[254]	NA	NA	Riedl et al[255], Zanzonico et al[254]	NA	NA

¹Refer to Table 2 for full tracer names;

²Preclinical and clinical studies comparing the uptake of the hypoxia tracer under study with other hypoxia markers;

³Excluding brain studies. BC: Induced hypoxia by breathing conditions; Probe: Polarograpic electrode; Ex-M: Exogenous hypoxia marker (pimonidazole, EF3 or EF5); En-M: Endogenous hypoxia marker (HIF-1, CA IX); FMISO: [18F]FMISO PET; NA: Not available.

Table 2 Hypoxia positron emission tomography tracer abbreviations

Abbreviation	Full name or chemical name
[*Cu]ATSM	[*Cu]-diacetyl-bis(N4-methylthiosemicarbazone)
[18F]EF1	2-(2-Nitroimidazol-1H-yl)-N-(3-[18F]fluoropropyl)acetamide
[18F]EF3	2-(2-Nitroimidazol-1H-yl)-N-(3,3,3-[18F]trifluoropropyl)acetamide
[18F]EF5	2-(2-nitro-1H-imidazol-1-yl)-N-(2,2,3,3,3-[18F]-pentafluoropropyl)-acetamide
[18F]FAZA	[18F]fluoroazomycin arabinoside
[18F]FETA	[18F]fluoroetanidazole
[18F]FETNIM	[18F]fluoroerythronitroimidazole
[18F]FMISO	[18F]fluoromisonidazole
[18F]FRP170	1-(2-[18F]fluoro-1-[hydroxymethyl]ethoxy)methyl-2-nitroimidazole
[18F]FPIMO	[18F]pimonidazole
[18F]HX4	3-[18F]fluoro-2-(4-((2-nitro-1H-imidazol-1-yl)methyl)-1H-1,2,3,-triazol-1-yl)-propan-1-ol
[124I]IAZA	[124I]iodazomycin arabinoside
[124I]IAZG	[124I]iodazomycin galactoside

Table 3 Hypoxia tracer studies in lung cancer

Tracer1	Year	Authors	N2	Stage	Time3	Duration4	Measure5	Therapy6
[60Cu]ATSM	2003	Dehdashti et al[86]	18	I-IV	30 min	30 min	T/M	Radiation
								Chemoradiation, chemotherapy
[62Cu]ATSM	2000	Takahashi et al[79]	6	NA	10 min	10 min	T/B
	2008	Wong et al[80]	2	NA	15 min	5 min	SUV
	2009	Lohith et al[67]	13	I-IV	10 min	10 min	SUVmean
	2013	Zhang et al[81]	5	I-IV	15 min	5 min	SUVhypoxia/perfusion7
[18F]FAZA	2009	Postema et al[180]	13	NA	2-3 h	3-4 min	T/Bg
	2013	Trinkaus et al[58]	11	III	4 h	30 min	T/Bg	Chemoradiation
	2013	Bollineni et al[181]	11	III-IV	2 h	NA	T/Bg
	2013	Verwer et al[59]	9	NA	0 h	70 min8	VT9
[18F]FETNIM	2010	Li et al[84]	26	III	2 h	20 min	T/Bmax	Radiation
								Chemotherapy
	2013	Hu et al[85]	25	II	2 h	NA	T/Me	Chemotherapy
[18F]FMISO	1995	Koh et al[87]	14	III	2 h	40 min	T/B	Radiation
	1996	Rasey et al[220]	21	III-IV	2 h	40 min	T/B
	2005	Eschmann et al[77]	8	III-IV	4 h	NA	T/Me	Radiation
	2006	Cherk et al[212]	21	I-II	2 h	NA	SUVmax
	2006	Gagel et al[82]	8	III-IV	3 h	30 min	SUV, T/M	Chemoradiation
	2011	Vera et al[83]	7	III	3 h	NA	SUVmax	Chemoradiation Chemotherapy
[18F]FRP170	2007	Kaneta et al[252]	3	NA	0 h	60 min8	SUV TAC
[18F]HX4	2010	van Loon et al[253]	4	IV	2 h	NA	T/B
	2013	Zegers et al[78]	15	II-IV	4 h	30 min	T/B

¹Refer to Table 2 for full tracer names;

²Number of lung cancer patients (evaluable scans);

³Start time after injection of the positron emission tomography (PET) frame that was used for quantification;

⁴Duration of the PET frame that was used for quantification;

⁵(Semi)quantitative measure used for evaluation;

⁶Evaluated therapy;

⁷Hypoxia marker uptake normalized to perfusion marker uptake: mean (SUV[Cu]ATSM/SUV[Cu]PTSM);

⁸Dynamic PET data used for quantification;

⁹Volume of distribution derived from full pharmacokinetic modeling. NA: Data not available; SUV: Standardized uptake value; T/M: Tumor-to muscle ratio; T/Me: Tumor-to-mediastinum ratio; T/B: Tumor-to-blood ratio; T/Bg: Tumor-to-background ratio; VT: Volume of distribution; TAC: Time activity curve.