Radiotraktory a radiofarmaka jsou látky, které sledují chování různých biologických procesů. Používají se také k vizualizaci toků prostřednictvím různých lékařských zobrazovacích metod, jako je pozitronová emisní tomografie (PET zobrazování), jednofotonová emisní počítačová tomografie (SPECT zobrazování) a systémy počítačového sledování radioaktivních částic (CARPT).
Obsah
Radioaktivně značené molekuly léčiv
Radiofarmaka – používají se in vitro a in vivo ke studiu profilů metabolismu léčiv. Předpokladem radioaktivně značených léčiv je kvantifikace množství látky související s léčivem v různých biologických systémech. Výhodou radioaktivně značených izotopů je možnost použít chromatografickou separaci a kvantifikovat jednotlivé metabolity.
Radioaktivně značená léčiva se proto používají především ve studiích ADME (absorpce, distribuce, metabolismus a vylučování). Sloučeniny značené uhlíkem 14 (14C) jsou pro tato zkoumání výhodné, protože mají vyšší metabolickou stabilitu ve srovnání s verzí značenou tritiem (3H). Radioaktivní značka je vložena do metabolicky stabilní jádrové skupiny sloučeniny. Rádiová značka může být umístěna jak na stabilní, tak na labilní části v závislosti na požadavcích na značení. Dále mohou být syntetizovány dvojitě značené sloučeniny s různými izotopy, například 13C/14C nebo 3H/14C, aby se usnadnila identifikace metabolitů a kvantifikace jednotlivých částí.
Radioizotopy používané při zkoumání metabolických drah se dělí do dvou kategorií:
- Radioizotopy mateřské sloučeniny, například 11C-palmitát a 11C-glukosa, sledují stejný metabolický osud mateřské sloučeniny, aby poskytly kvantitativní hodnocení metabolické dráhy.
- Analogy mateřské sloučeniny, například -2-fluoro-2-deoxyglukóza a -BMIPP (β-methyl-jodofenyl-pentadekanová kyselina), poskytují kvalitativní hodnocení metabolismu, protože jsou obecně zadržovány tkání a činí zobrazování životaschopnějším.
Glukóza jako radiotracer PET nemůže být biochemicky nerozlišitelná od glukózy, a proto může sledovat přesný osud glukózy během metabolismu. Tento proces uvolňuje kardiomyocyt jako 11CO2 a vede k vychytávání, zadržování a mizení radiotraceru ze srdce.
V druhé situaci je FDG vychytávána a fosforylována hexokinázou a neprochází dalším metabolismem v kardiomyocytu, protože dochází k modifikaci sacharidové struktury z glukózy na deoxyglukózu.
V důsledku toho se FDG zachytí v buňce. Kinetickou analýzu časově-aktivních křivek pro FDG lze použít k odhadu počátečního příjmu a fosforylace glukózy. Tento proces neposkytuje žádné informace o oxidačním osudu glukózy a kinetická analýza prokazuje nevratné zachycení ve srovnání s akumulací a zánikem jiných radiotrackerů.
Ireverzibilní „zachycené“ radiotracery týkající se využití substrátu v myokardu generují:
- informace týkající se části daného metabolického procesu;
- rozdíly ve struktuře mateřské sloučeniny a radiotraceru změní spolehlivost, s jakou tracer měří využití mateřské sloučeniny;
- vztah mezi tracerem a detekcí se může za různých metabolických podmínek lišit.
Modulové a laboratorní radiotracery
Radiotracery lze klasifikovat podle toho, zda se jedná o nuklidy emitující jednotlivé fotony nebo pozitrony. Radiotraktory PET vyžadují koincidenční detekci dvou fotonů 511 keV vzniklých anihilací pozitronu v kombinaci s korekcí útlumu, která je potřebná pro radiofarmakum. S metabolickými radiotraktory emitujícími pozitrony lze také provádět kinetickou analýzu, která umožňuje získat kvantitativní měření rychlosti příjmu substrátů a metabolismu.
Metabolické radiotraktory emitující jednotlivé fotony však mohou poskytnout pouze kvalitativní hodnocení metabolických procesů. Hlavní výhodou těchto radiotrackerů je, že k výrobě krátce žijících radiofarmak s obsahem uhlíku-11 a kyslíku-15 není nutný cyklotron na místě. To je významná výhoda, která urychluje vývoj novějších analogů mastných kyselin značených techneciem-99m (Tc-99m) pro metabolické zobrazování tím, že navazuje na zavedenou platformu analogu mastných kyselin značených jódem-123, konkrétně BMIPP.
Výzkum radioaktivně značených nanočástic nabízí několik výhod, jako je prodloužená doba cirkulace, vysoká stabilita v plazmě a vysoký potenciál pro klinické aplikace v časné diagnostice rakoviny a kardiovaskulárních onemocnění.
Tato teranostická technologie je schopna vytvářet jednofotonovou emisní počítačovou tomografii (SPECT) nebo pozitronovou emisní tomografii (PET) pro cílené zobrazování in vivo. Obě tyto technologie jsou vysoce citlivé, specifické a užitečné pro přesnou kvantifikaci ve srovnání se zobrazovacími technikami in vivo, které mají omezené použití vzhledem k typu dotčené tkáně.
Radioaktivně značené monoklonální protilátky (Mab) – jsou vyvíjeny k cílení na specifické antigeny – byly bezpečně podávány pacientům s leukémií. Například bylo prokázáno, že yttrium-90-anti-CD25 je aktivní proti akutní T-buněčné leukémii. Také jód-131-anti-CD33 byl aktivní při léčbě akutní myeloidní leukémie (AML), myelodysplastického syndromu (MDS) včetně myeloblastické chronické myeloidní/myelogenní leukémie (CML]). Další indikace zahrnující yttrium-90-anti-CD33 a jód-131-anti-CD45 byly účinné proti AML, ALL (akutní lymfoblastické leukemii) a MDS. Rádiem značená Mab, rhenium-188-anti-CD66c, se ukázala jako slibná proti AML, ALL a CML.
Rádiové konjugáty, které emitují částice alfa, například bismut-213-anti-CD33 a aktinium-225-anti-CD33, mohou být vhodnější pro léčbu malého objemu onemocnění.
V 80. letech 20. století se pro „experimentální“ léčebné plány stala dostupná radiofarmaka na bázi Tc-99m značená v hepatobiliárním systému, a to díky tvorbě vynikajících snímků. Tyto zobrazovací látky nahradily jód-123 rose bengal a daly vzniknout třem hepatobiliárním radiofarmakům schváleným americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) pro klinické použití. Patřilo mezi ně první Tc-99m dimethyl iminodiacetová kyselina (IDA) a stalo se obecným označením pro všechna Tc-99m IDA radiofarmaka. Tc-99m obsahuje schopnost přemostění mezi dvěma molekulami ligandu IDA a váže se na acetanilidový analog lidokainu. Celá struktura určuje celkový radiofarmakokinetický profil včetně modifikací molekuly fenylového kruhu, což vede k rozdílné farmakokinetice radiofarmak IDA.
Radiofarmaka
Bylo zkoumáno několik radiofarmak, jako jsou analogy Tc-99m-hepatobiliární (HIDA), které mají různé chemické substituenty na aromatickém kruhu. Ukázalo se, že mají menší vychytávání včetně pomalejší clearance než schválené komerčně dostupné látky. V jiném příkladu je Tc-99m-sestamibi koordinován se šesti ligandy methoxyisobutylisonitrilu (MIBI). Výsledný komplex je kationtová zobrazovací látka SPECT, která se hromadí v cytoplazmě a mitochondriích procesem pasivní difuze přes polarizovanou buněčnou/orgánovou membránu.
Podobně jako u thalia-201 je Tc-99m-sestamibi obecně vyloučen z mozku přes hematoencefalickou bariéru (BBB), a proto se zdá, že vychytávání nádorů souvisí hlavně s rozpadem BBB. Normální distribuce MIBI je v hypofýze, skalpu a cévním plexu. Radiotraktor MIBI však není zobrazitelný v normálním mozkovém parenchymu. Rovněž normální vychytávání MIBI v cévním řečišti může být matoucí a omezovat hodnocení hlubokých periventrikulárních nádorů.
Výzkum s použitím Tc-99m-sestamibi SPECT zobrazování recidivy gliomu po radioterapii však prokázal souhrnnou senzitivitu 90 % a specificitu 92 %.
Přesto má Tc-99m-sestamibi lepší zobrazovací vlastnosti než thallium-201 produkující energii140 KeV a vyšší přípustné injekční dávky až 30 mCi. Je však zapotřebí dalšího výzkumu ke zhodnocení přínosu Tc-99m-sestamibi pro diagnostiku a prognózu včetně detekce recidivy nádoru oproti převaze thalia-201. Zajímavé je, že studie naznačují, že Tc-99m-sestamibi má vyšší specificitu než thallium-201.
Další výzkumy využívající Tc-99m-sestamibi jako prognostický biomarker pro přežití pacientů a prediktivní biomarker při léčbě chemoterapií jsou slibné. Výzkum ukázal, že kvantitativní analýza vychytávání Tc-99m-sestamibi pomocí zobrazení SPECT dobře koreluje s dobou přežití u pacientů po chemoradioterapii. Tento moderní přístup přispívá k celkové prognóze pacienta tím, že hodnotí odpověď Tc-99m-sestamibi na chemoterapii.
Souhrnné důkazy ukazují na to, že Tc-99m-sestamibi je časným ukazatelem úspěšnosti léčby tím, že prokazuje progresi nádoru v průměru čtyři měsíce před změnami zjištěnými na magnetické rezonanci. Pozoruhodné je, že Tc-99m-sestamibi je z buněk vylučován P-glykoproteinem, který rovněž funguje jako energeticky řízená efluxní pumpa pro několik antineoplastických látek. Navíc se zdá, že exprese genů mnohočetné lékové rezistence (MDR)-1 prokázaná pomocí Tc-99m-sestamibi nekoreluje s chemorezistencí u gliomů.
Myoview
Technecium-99m-tetrofosmin známé jako Myoview bylo schváleno FDA v roce 1996 a v některých ohledech je podobné Tc-99m-sestamibi. Ve srovnání s jinými zobrazovacími látkami na bázi Tc-99m se Myoview rychle odstraňuje z jater. Ligand tetrofosminu patří do chemické třídy difosfinů (6,9-bis -3,12-dioxa-6,9-difosfatetradekan). Tato zobrazovací látka SPECT se připravuje z komerční soupravy (Myoview) a je podobná Tc-99m-sestamibi. Tento Tc-99m-tetrofosmin je lipofilní kationt, který se lokalizuje v blízkosti mitochondrií v buňce myokardu a zůstává v tomto místě fixován.
Pouze po intravenózní injekci se Tc-99m tetrofosmin rychle vylučuje z krevního oběhu a myokard rychle vychytává radiotracer. Extrakce při prvním průchodu je však nižší než u sestamibi (50 % vs. 60 %), včetně 1,2 % podané dávky, která se v myokardu vychytá do 5 minut po injekci. Extrakce je úměrná průtoku krve, ale při vysokých průtocích je podhodnocena. Kromě toho se poměry mezi srdcem a plícemi a srdcem a játry v průběhu času zlepšují kvůli fyziologické clearance játry a ledvinami.
Studie zjistily, že poměry mezi srdcem a játry jsou vyšší pro Tc-99m tetrofosmin ve srovnání se sestamibi. Důvodem je rychlejší jaterní clearance, která umožňuje další zobrazování. Po zátěžovém výkonu je však možné dosáhnout zobrazovacího intervalu 15 minut, po němž následují klidové studie, které začaly 30 minut po injekci.
Dozimetrický profil je srovnatelný s profilem Tc-99m sestamibi a žlučník je schopen přijmout vysoký dávkový příkon 5,4 rems/20 mCi ve srovnání s tlustým střevem u sestamibi. Důvodem rozdílu může být to, zda zkoumané subjekty jedly a měly kontrakce žlučníku. Celotělová efektivní dávka záření je 0,8 rem/30 mCi.
Zdravotní péče v oblasti nukleární medicíny zahrnuje využívání specifických laboratoří pro podávání radiofarmak pacientům včetně léčebných postupů. Proto musí být pro lékařské zobrazování záření emitované těmito radiofarmaky detekováno externími detektory, aby bylo možné určit jeho distribuci in vivo v lidském těle. V případě radiofarmak navíc musí být emitované záření absorbováno cílovými tkáněmi, aby bylo dosaženo požadovaného účinku usmrcení nádorových buněk. Teranostika proto vyžaduje pochopení typu radioaktivity, podávaného množství, včetně emisí záření, a způsobu její interakce s okolní zdravou tkání v lidském těle, aby bylo možné individualizovat léčebný plán.
- Níže uvedená videa ukazují použití modulu radiotracerů v laboratoři radiotracerů:
Jste zde:Home “
Další informace o radiotracerech naleznete zde.