Les radiotracers et les radiopharmaceutiques sont des substances qui suivent le comportement de divers processus biologiques. Ils sont également utilisés pour la visualisation des flux par le biais de différentes modalités d’imagerie médicale telles que la tomographie par émission de positons (imagerie TEP), la tomographie par émission monophotonique (imagerie TEMP) et les systèmes de suivi des particules radioactives par ordinateur (CARPT).
Table des matières
Molécules médicamenteuses radiomarquées
Radiopharmaceutiques – sont utilisées in vitro et in vivo pour étudier les profils de métabolisme des médicaments. Le principe des médicaments radiomarqués est de quantifier la quantité de substance liée au médicament dans différents systèmes biologiques. L’avantage des isotopes radiomarqués est la possibilité d’appliquer une séparation chromatographique et de quantifier les métabolites individuels.
Par conséquent, les médicaments radiomarqués sont principalement utilisés dans les études ADME (absorption, distribution, métabolisme et excrétion). Les composés marqués au carbone 14 (14C) profitent à ces études en raison de leur plus grande stabilité métabolique par rapport à la version marquée au tritium (3H). Le radiomarqueur est inséré dans le groupe central métaboliquement stable du composé. Le radiomarqueur peut être placé à la fois sur des fragments stables et sur des fragments labiles en fonction des exigences de marquage. En outre, des composés doublement marqués avec différents isotopes, par exemple 13C/14C ou 3H/14C pourraient être synthétisés pour faciliter l’identification des métabolites et la quantification des fractions individuelles.
Les radiotraceurs utilisés dans l’étude des voies métaboliques se divisent en deux catégories :
- Les radio-isotopes du composé parent, par exemple, le 11C-palmitate et le 11C-glucose suivent le même sort métabolique du composé parent pour donner une évaluation quantitative de la voie métabolique.
- Les analogues du composé parent tels que le -2-fluoro-2-désoxyglucose et le -BMIPP (acide β-méthyl-iodophényl-pentadécanoïque) fournissent des évaluations qualitatives du métabolisme car ils sont généralement retenus par le tissu et rendent l’imagerie plus viable.
Le radiotraceur TEP glucose ne peut pas être biochimiquement indifférencié du glucose et peut donc suivre le sort exact du glucose au cours du métabolisme. Ce processus libère le cardiomyocyte sous forme de 11CO2 et entraîne l’absorption, la rétention et la disparition du radiotraceur du cœur.
Dans l’autre situation, le FDG est absorbé et phosphorylé par l’hexokinase et ne subit pas d’autre métabolisme dans le cardiomyocyte en raison de la modification de la structure glucidique du glucose en désoxyglucose.
En conséquence, le FDG reste piégé dans la cellule. L’analyse cinétique des courbes temps-activité du FDG peut être utilisée pour estimer l’absorption initiale et la phosphorylation du glucose. Ce processus ne fournit aucune information concernant le devenir oxydatif du glucose, et l’analyse cinétique démontre un piégeage irréversible par rapport à l’accumulation et à la disparition d’autres radiotraceurs.
Les radiotraceurs « piégés » irréversibles concernant l’utilisation du substrat myocardique génèrent :
- Des informations concernant une partie d’un processus métabolique donné ;
- des différences dans la structure du composé parent et du radiotraceur modifieront la fiabilité avec laquelle le traceur mesure l’utilisation du composé parent ;
- la relation entre le traceur et la détection peut varier dans différentes conditions métaboliques.
Radiotraceurs de module et de laboratoire
Les radiotraceurs peuvent être classés selon qu’il s’agit de nucléides émettant des photons uniques ou des positons. Les radiotraceurs TEP nécessitent la détection en coïncidence des deux photons de 511 keV produits par l’annihilation des positons, combinée à la correction d’atténuation nécessaire pour le radiopharmaceutique. De plus, une analyse cinétique peut être effectuée avec les radiotraceurs métaboliques émetteurs de positrons pour générer des mesures quantitatives des taux d’absorption et de métabolisme des substrats.
Cependant, les radiotraceurs métaboliques émetteurs de photons uniques ne peuvent fournir que des évaluations qualitatives des processus métaboliques. Le principal avantage de ces radiotraceurs est qu’un cyclotron sur place n’est pas nécessaire pour produire les radiopharmaceutiques à courte durée de vie que sont le carbone 11 et l’oxygène 15. Il s’agit d’un avantage significatif qui accélère les nouveaux analogues d’acides gras marqués au technétium-99m (Tc-99m) pour l’imagerie métabolique en s’appuyant sur la plateforme établie d’analogue d’acide gras marqué à l’iode-123, à savoir le BMIPP.
La recherche sur les nanoparticules radiomarquées offre plusieurs avantages tels qu’un temps de circulation prolongé, une grande stabilité plasmatique et un fort potentiel pour des applications cliniques dans le diagnostic précoce du cancer et des maladies cardiovasculaires.
Cette technologie théranostique est capable de générer une tomographie par émission monophotonique (SPECT) ou une tomographie par émission de positrons (PET) pour une imagerie in vivo ciblée. Ces deux technologies sont très sensibles, spécifiques et utiles pour une quantification précise par rapport aux techniques d’imagerie in vivo qui ont une application limitée en raison du type de tissu concerné.
Les anticorps monoclonaux (Mab) radiomarqués – sont en cours de développement pour cibler des antigènes spécifiques – ont été administrés en toute sécurité à des patients atteints de leucémie. Par exemple, l’anticorps anti-CD25 à l’yttrium-90 s’est avéré actif contre la leucémie aiguë à cellules T. De même, l’anticorps à l’iode-131 s’est avéré actif contre le cancer du sein. De même, l’iode-131-anti-CD33 a été actif dans le traitement de la leucémie myéloïde aiguë (LMA), du syndrome myélodysplasique (SMD), y compris la leucémie myéloïde/myélogène chronique myéloblastique (LMC). D’autres indications impliquant l’yttrium-90-anti-CD33 et l’iode-131-anti-CD45 ont été efficaces contre la LAM, la LAL (leucémie lymphoblastique aiguë) et le SMD. L’AcM radiomarqué, le rhénium-188-anti-CD66c s’est montré prometteur contre la LAM, la LAL et la LMC.
Les radioconjugués qui émettent des particules alpha, par exemple, le bismuth-213-anti-CD33 et l’actinium-225-anti-CD33 peuvent être mieux adaptés au traitement des maladies de petit volume.
Dans les années 1980, les radiopharmaceutiques à base de Tc-99m marqués sur l’hépatobiliaire sont devenus disponibles pour les plans de traitement « expérimentaux », en raison de la production d’images supérieures. Ces agents d’imagerie ont remplacé l’iode-123 rose bengale et ont donné naissance à trois produits radiopharmaceutiques hépatobiliaires approuvés par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis pour un usage clinique. Parmi eux, le premier Tc-99m diméthyl acide iminodiacétique (IDA) est devenu un terme générique pour tous les produits radiopharmaceutiques Tc-99m IDA. Le Tc-99m a la capacité de faire le pont entre deux molécules de ligand IDA et se lie à un analogue acétanilide de la lidocaïne. L’ensemble de la structure détermine le profil radio-pharmacocinétique global, y compris les modifications de la fraction du cycle phényle, ce qui entraîne les différentes pharmacocinétiques des produits radiopharmaceutiques IDA.
Produits radiopharmaceutiques
Plusieurs produits radiopharmaceutiques tels que les analogues Tc-99m-hépatobiliaires (HIDA) qui possèdent différents substituants chimiques sur le cycle aromatique ont été étudiés. Il a été démontré que ces produits ont une absorption moindre et une clairance plus lente que les agents approuvés disponibles dans le commerce. Dans un autre exemple, le Tc-99m-sestamibi est coordonné à six ligands méthoxyisobutylisonitrile (MIBI). Le complexe résultant est un agent d’imagerie SPECT cationique qui s’accumule dans le cytoplasme et les mitochondries par le processus de diffusion passive à travers la membrane cellulaire/organelle polarisée.
De même, pour le thallium-201, le Tc-99m-sestamibi est généralement exclu du cerveau par la barrière hémato-encéphalique (BHE), et la captation tumorale semble donc être principalement liée à la rupture de la BHE. La distribution normale du MIBI se situe dans l’hypophyse, le cuir chevelu et les plexus choroïdes. Cependant, le radiotraceur MIBI n’est pas imageable dans le parenchyme cérébral normal. De plus, la captation normale du MIBI dans les choroïdes peut laisser perplexe et limiter l’évaluation des tumeurs profondes périventriculaires.
Cependant, la recherche utilisant l’imagerie SPECT au Tc-99m-sestamibi de la récidive de gliome après radiothérapie a démontré une sensibilité groupée de 90% et une spécificité de 92%.
Néanmoins, le Tc-99m-sestamibi présente de meilleures propriétés d’imagerie que le thallium-201 produisant une énergie de140 KeV et des doses d’injection autorisées plus élevées, jusqu’à 30 mCi. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour évaluer les avantages du Tc-99m-sestamibi pour le diagnostic et le pronostic, y compris la détection de la récidive tumorale, par rapport à la supériorité du thallium-201. Il est intéressant de noter que des études ont suggéré que le Tc-99m-sestamibi a une spécificité accrue par rapport au thallium-201.
De plus, les investigations utilisant le Tc-99m-sestamibi comme biomarqueur pronostique pour la survie des patients, et comme biomarqueur prédictif dans le traitement par chimiothérapie sont prometteuses. Des recherches ont montré que l’analyse quantitative de la captation du Tc-99m-sestamibi par l’imagerie SPECT est en bonne corrélation avec le temps de survie des patients après une chimioradiothérapie. Cette approche moderne contribue au pronostic global du patient en évaluant la réponse à la chimiothérapie du Tc-99m-sestamibi.
Dans l’ensemble, les preuves collectives indiquent que le Tc-99m-sestamibi est un indicateur précoce du succès du traitement en démontrant la progression de la tumeur en moyenne quatre mois avant les changements détectés sur l’imagerie par résonance magnétique. Il est remarquable que le Tc-99m-sestamibi soit éliminé des cellules par la glycoprotéine P, qui agit également comme une pompe d’efflux à commande énergétique pour plusieurs agents antinéoplasiques. De plus, l’expression du gène de la résistance multiple aux médicaments (MDR)-1 démontrée par le Tc-99m-sestamibi ne semble pas être corrélée à la chimiorésistance dans les gliomes.
Myoview
Le technétium-99m-tétrofosmine connu sous le nom de Myoview a été approuvé par la FDA en 1996 et est, à certains égards, similaire au Tc-99m-sestamibi. Myoview est rapidement éliminé du foie par rapport aux autres agents d’imagerie à base de Tc-99m. Le ligand tétrofosmine est un membre de la classe chimique des diphosphines (6,9-bis -3,12-dioxa-6,9-diphosphatetradecane). Cet agent d’imagerie SPECT est préparé à partir d’un kit commercial (Myoview) et est similaire au Tc-99m-sestamibi. Ce Tc-99m-tétrofosmine est un cation lipophile qui se localise près des mitochondries de la cellule myocardique et reste fixé à ce site.
Immédiatement après l’injection intraveineuse, le Tc-99m-tétrofosmine est rapidement éliminé de la circulation sanguine et le myocarde absorbe rapidement le radiotraceur. Cependant, l’extraction de premier passage est inférieure à celle du sestamibi (50 % contre 60 %), dont 1,2 % de la dose administrée absorbée dans le myocarde dans les 5 minutes suivant l’injection. L’extraction est proportionnelle au débit sanguin mais sous-estimée à des débits élevés. De plus, les rapports cœur-poumon et cœur-foie s’améliorent avec le temps en raison de la clairance physiologique par le foie et les reins.
Des études ont montré que les taux cœur-foie sont plus élevés pour le Tc-99m tétrofosmine par rapport au sestamibi. Cela s’explique par une clairance hépatique plus rapide qui permet de poursuivre l’imagerie. Cependant, après l’exercice d’effort, un intervalle d’imagerie de 15 minutes est réalisable, suivi d’études de repos qui ont commencé 30 minutes après l’injection.
Le profil dosimétrique est comparable à celui du Tc-99m sestamibi et la vésicule biliaire est capable de recevoir un débit de dose élevé à 5,4 rems/20 mCi, comparé au côlon pour le sestamibi. La raison de cette différence peut être due au fait que les sujets étudiés ont mangé et ont eu une contraction de la vésicule biliaire. La dose efficace de rayonnement pour le corps entier est de 0,8 rem/30 mCi.
Les soins de santé en médecine nucléaire impliquent l’utilisation de laboratoires spécifiques de radiotraceurs pour l’administration de produits radiopharmaceutiques aux patients, y compris pour les procédures thérapeutiques. Par conséquent, pour l’imagerie médicale, le rayonnement émis par ces produits radiopharmaceutiques doit être détecté par des détecteurs externes afin de déterminer sa distribution in vivo dans le corps humain. En outre, pour la médecine radiopharmaceutique, le rayonnement émis doit être absorbé par les tissus ciblés afin d’obtenir l’effet désiré de destruction des cellules cancéreuses. Par conséquent, le théranostic nécessite une compréhension du type de radioactivité, de la quantité administrée, y compris les émissions de rayonnement et la façon dont il interagit avec les tissus sains environnants dans le corps humain pour personnaliser un plan de traitement.
- Ces vidéos ci-dessous montrent le module de radiotraceur utilisé dans le laboratoire de radiotraceur:
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