booklet

5.3 Позитронная эмиссионная томография

Вторым диагностическим методом, используемым в ядерной медицине,

является позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). Его другое название -

двухфотонная эмиссионная томография. ПЭТ - это радионуклидный томографический метод исследования внутренних органов человека или животного, основанный на регистрации пары γ-квантов, возникающих при аннигиляции позитронов. Позитроны возникают при β+-распаде радионуклида,

входящего в состав радиофармпрепарата. Условная схема процессов,

протекающих в веществе после распада позитрон-излучающего радионуклида,

представлена на рис. 5.1 на примере 11С. Позитрон теряет свою энергию,

возбуждая и ионизируя молекулы и атомы среды. В конце своего пути он в ненадолго образует псевдоатом – позитроний, который существует менее 1

наносекунды, после чего электрон и позитрон аннигилируют.

Аннигиляционные γ-кванты вылетают в противоположных направлениях, что повышает разрешающую способность метода, а использование различных меченых соединений позволят выявлять функциональные нарушения в органах на самых ранних стадиях заболевания.

В ПЭТ используют радионуклиды с очень маленьким периодом полураспада. Поэтому ПЭТ-центр включает в себя 3 лаборатории:

-физическая лаборатория с циклотроном, где производится наработка радионуклида;

-радиохимическая лаборатория, где за короткое время проводят синтез меченого соединения, его выделение, очистку и сертификацию (определение химической и радиохимической чистоты и других параметров, предъявляемых к радиофармпрепаратам);

-клиника с томографом, в которой производится введение радиофармпрепарата в организм пациента и последующее сканирование.

99

Набор радионуклидов, активно используемых в ПЭТ, представлен в табл.

5.2. Их получают с помощью циклотронных ускорителей по ядерным реакциям,

приведенным в этой же таблице

Таблица 5.2.

Ядерно-физические характеристики основных радионуклидов для ПЭТ.

В связи с малыми периодами полураспада 13N и 15O, эти радионуклиды в основном применяются в составе простых соединений: [15O]O2, [15O]CO, [15O]CO2, [15O]H2O и [13N]NH3. Синтез таких радиофармпрепаратов обычно проводится непосредственно в мишени циклотрона.

Наибольший интерес для разработки радиофармпрепаоатов для ПЭТ представляют 11С и 18F. Период полураспада этих изотопов позволяет проводить синтез достаточно сложных соединений.

При получении 11С по ядерной реакции 14N(p,α)11C в зависимости от состава облучаемой газовой смеси метка стабилизируется либо в форме

[11C]CO2, либо в форме [11C]CH4. Из этих соединений может быть получен целый ряд других соединений, схема синтеза простейших соединений, которые можно ввести в более сложные химические структуры, представлена на рис 5.2.

101

Рис. 5.2.Схема синтеза простейших синтонов, меченных 11С.

18F обладает оптимальными характеристиками для использования в ПЭТ:

наибольшим периодом полураспада и наименьшей энергией излучения. Низкая энергия позитронного излучения обеспечивает высокое пространственное разрешение ПЭТ-изображений. С другой стороны, период полураспада 18F

достаточно велик, чтобы обеспечить возможность транспортировки радиофармпрепаратов на основе 18F из централизованного места производства в клиники и институты, имеющие ПЭТ-сканеры, а также расширить временные границы ПЭТ-исследований и синтеза радиофармпрепарата

Создание радиофармпрепаратов на основе 18F сопряжено с рядом трудностей. Во-первых, фтор не входит в состав эндогенных соединений и тем самым введение фтора в биологически активные соединения может неожиданным образом сказаться на их биохимических свойствах. Хотя иногда такое изменение свойств может оказаться благоприятным. Например,

102

важнейший из радиофармпрепаратов 2-[18F]фтор-2-дезокси-D-глюкоза

([18F]ФДГ) позволяет изучать региональную скорость утилизации глюкозы,

хотя химически отличается от нее. Замена гидроксильной группы в молекуле глюкозы атомом фтора приводит к тому, что [18F]ФДГ транспортируется в ткани аналогично глюкозе, однако в клетках метаболизм [18F]ФДГ останавливается на стадии фосфорилирования, что приводит к накоплению

[18F]ФДГ в областях повышенного энергетического метаболизма глюкозы.

Поэтому распределение [18F]ФДГ в тканях организма описывается в рамках простой фармакокинетической модели, и данные ПЭТ исследования могут быть достаточно легко интерпретированы. Во-вторых, введение фтора в органические молекулы является трудной задачей органической химии.

Необходимо также заметить, что многие синтетические подходы к получению фторорганических соединений не применимы в радиохимическом синтезе соединений меченных фтором-18, вследствие его специфики – работы с микроколичествами 18F, необходимости экспрессных методов синтеза и выделения продуктов, необходимость автоматизации и так далее.

5.4 Радиоиммунный анализ

Радиоиммунный анализ(РИА) представляет отдельное направление радионуклидной медицинской диагностики, и является одним из методов количественного определения физиологически активных веществ в биологических жидкостях. РИА основывается на конкурентном связывании искомых стабильных и аналогичных им меченных радионуклидом веществ со специфическими связывающими системами, с последующей их регистрацией на радиоспектрометрах. Таким образом, главное отличие радиоиммунного анализа от иммуноферментного анализа заключается в том, что вместо фермента антитело помечается радионуклидом. Для метки антител или антигенов чаще всего используется 125I. Широкое признание и популярность метод получил в 80-е годы, особенно для определения маркеров HBV и других

103

некультивируемых вирусов. С помощью РИА активно проводятся исследования состояния щитовидной железы, а также по содержанию определенного типа гормонов можно идентифицировать наличие онкологии.

5.5Методы терапии в ядерной медицине

Всовременной ядерной медицине используют несколько подходов к лечению заболеваний, прежде всего онкологических, с помощью действия

ионизирующих излучений. Главная задача радионуклидной терапии -

уничтожение клеток злокачественных опухолей с минимальным радиационным воздействием на здоровые органы и ткани. Как уже обсуждалось в разделе 3.1 -

клетки опухолей более восприимчивы к действию ионизирующих излучений.

Лечение ионизирующими излучениями включает как внешние источники облучения (рентгеновское излучение, γ-излучение, пучки элементарных частиц из медицинского ускорителях), так и введение в организм пациента радиофармпрепаратов, содержащих радионуклиды, испускающие β- и α-

излучение или испытывающие К-захват с испусканием электронов Оже. В

таблице 5.3 представлены основные требования, предъявляемые к радионуклидам для терапии, и приведены примеры таких радионуклидов.

Для тканевой терапии, когда требуется уничтожить локализованную опухоль целиком, используют так называемый «гамма-нож» - мощный источник γ-излучения, в качестве которого чаще всего используют кобальтовые пушки , источником излучения в которых является радионуклид 60Со.

104

В случае нелокализованных диффузных опухолей, и для борьбы с метастазами применяют радиофармпрепараты, содержащие α- и β- излучатели.

Используют радионуклиды с маленьким периодом полураспада для уменьшения дозовой нагрузки на весь организм. Важно также, чтобы препарат селективно накапливался в опухоли. В этом случае создается максимальная доза облучения на злокачественном новообразовании, убивающая раковые клетки, а из-за малого пробега излучения в тканях пациент получает сравнительно небольшую дозу облучения. Использование электронов Оже для терапии выглядит очень перспективным ввиду очень малой зоны поражения

(около 1 мкм). Фактически речь идет о «ядерной микрохирургии» на уровне даже не клетки, а более детальном.

Кроме того для радионуклидной терапии используют закрытые источники,

которые могут быть помещены непосредственно в опухоль или рядом с ней,

что также дает терапевтический эффект (брахитерапия). В настоящее время ядерная терапия стала эффективным средством как самостоятельного, так и комбинированного лечения больных, появились многообещающие разработки с использованием новых радиоизотопов для лечения рака, резистивного к другим видам терапии, а также для снятия болей при метастазах и артритах.

В качестве лучевой терапии очень эффективным методом является использование ускоренных частиц, и прежде всего протонов. Механизм гибели

105

опухолевых клеток под действием ускоренных протонов в общем-то такой же,

как и для других ионизирующих излучений. Взаимодействие ускоренных протонов с веществом происходит подобно α-частиц (см. раздел 1.3), только масса частицы в 4 раза меньше, а заряд – в 2 раза меньше. Также как α-частицы ускоренные протоны испытывают небольшое поперечное рассеяние в ткани, и

дисперсия их продольного пробега очень невелика. Поэтому пучок протонов можно сфокусировать на опухоль, не подвергая повреждению окружающие здоровые ткани. Также как и α-частицы протоны с одинаковой энергией имеют совершенно одинаковый пробег. А максимум выделения энергии и ионизации окружающего вещества происходит в конце пробега (Брегговский пик).

Местоположение Брегговского пика зависит от энергии, до которой были разогнаны протоны в ускорителе. Поэтому изменяя энергию частиц, можно сфокусировать область разрушения клеток протонным пучком в глубине здоровой ткани. Ткани, расположенные до Брегговского пика получают некоторую незначительную дозу облучения, а ткани, расположенные за ним,

практически не получают никакой дозы.

Безусловно, лучевая терапия не лишена недостатков. Например, в месте воздействия могут формироваться лучевые ожоги, повышается ломкость сосудов, возможно появление мелкоочаговых кровоизлияний. Кроме того организм подвергается токсическому отравлению, обусловленному распадом погибающих облученных клеток. При мощных дозах облучения нельзя избежать проявлений лучевой болезни. У больного наблюдаются слабость,

утомляемость, появляются тошнота, рвота, выпадают волосы, становятся ломкими ногти, изменяется картина крови, происходит угнетение кроветворения. Однако лучевая терапия в настоящее время является одним из наиболее эффективных способов борьбы со многими формами онкологических заболеваний.

106