Радионуклидные методы: Радионуклидное исследование | Компетентно о здоровье на iLive

Содержание

Радионуклидное исследование | Компетентно о здоровье на iLive

История открытия радионуклидная диагностика

Удручающе длинной казалась дистанция между физическими лабораториями, где ученые регистрировали треки ядерных частиц, и будничной клинической практикой. Сама мысль о возможности использования ядерно-физических феноменов для обследования больных могла показаться если не сумасбродной, то сказочной. Однако именно такая идея родилась в опытах венгерского ученого Д.Хевеши, впоследствии лауреата Нобелевской премии. В один из осенних дней 1912 г. Э.Резерфорд показал ему груду хлорида свинца, валявшуюся в подвале лаборатории, и сказал: «Вот, займитесь этой кучей. Постарайтесь из соли свинца выделить радий D».

После множества опытов, проведенных Д.Хевеши совместно с австрийским химиком А.Панетом, стало ясно, что химическим способом разделить свинец и радий D невозможно, так как это не отдельные элементы, а изотопы одного элемента — свинца. Они различаются только тем, что один из них радиоактивный. Распадаясь, он испускает ионизируюшее излучение. Значит, радиоактивный изотоп — радионуклид — можно применять как метку при изучении поведения его нерадиоактивного близнеца.

Перед врачами открылись заманчивые перспективы: вводя в организм больного радионуклиды, наблюдать за их местонахождением с помощью радиометрических приборов. За сравнительно короткий срок радионуклидная диагностика превратилась в самостоятельную медицинскую дисциплину. За рубежом радионуклидную диагностику в сочетании с лечебным применением радионуклидов называют ядерной медициной.

Радионуклидный метод — это способ исследования функционального и морфологического состояния органов и систем с помощью радионуклидов и меченных ими индикаторов. Эти индикаторы — их называют радиофармацевтическими препаратами (РФП) — вводят в организм больного, а затем с помощью различных приборов определяют скорость и характер перемещения, фиксации и выведения их из органов и тканей.

Кроме того, для радиометрии могут быть использованы кусочки тканей, кровь и выделения больного. Несмотря на введение ничтожно малых количеств индикатора (сотые и тысячные доли микрограмма) не оказывающих влияния на нормальное течение жизненных процессов, метод обладает исключительно высокой чувствительностью.

Радиофармацевтическим препаратом называют разрешенное для введения человеку с диагностической целью химическое соединение, в молекуле которого содержится радионуклид. Радионуютд должен обладать спектром излучения определенной энергии, обусловливать минимальную лучевую нагрузку и отражать состояние исследуемого органа.

В связи с этим радиофармацевтический препарат выбирают с учетом его фармакодинамических (поведение в организме) и ядерно-физических свойств. Фармакодинамику радиофармацевтического препарата определяет то химическое соединение, на основе которого он синтезирован. Возможности же регистрации РФП зависят от типа распада радионуклида, которым он помечен.

Выбирая радиофармацевтический препарат для исследования, врач должен прежде всего учесть его физиологическую направленность и фармакодинамику. Рассмотрим это на примере введения РФП в кровь. После инъекции в вену радиофармацевтический препарат первоначально равномерно распределяется в крови и транспортируется по всем органам и тканям. Если врача интересуют гемодинамика и кровенаполнение органов, то он выберет индикатор, который длительное время циркулирует в кровеносном русле, не выходя за пределы стенок сосудов в окружающие ткани (например, альбумин человеческой сыворотки). При исследовании печени врач предпочтет химическое соединение, которое избирательно улавливается этим органом. Некоторые вещества захватываются из крови почками и выделяются с мочой, поэтому они служат для исследования почек и мочевых путей. Отдельные радиофармацевтические препараты тропны к костной ткани, в связи с чем они незаменимы при исследовании костно-суставного аппарата. Изучая сроки транспортировки и характер распределения и выведения радиофармацевтического препарата из организма, врач судит о функциональном состоянии и структурно-топографических особенностях этих органов.

Однако недостаточно учитывать лишь фармакодинамику радиофармацевтического препарата. Нужно обязательно принимать во внимание ядерно-физические свойства входящего в его состав радионуклида. Прежде всего он должен иметь определенный спектр излучения. Для получения изображения органов применяют только радионуклиды, испускающие γ-лучи или характеристическое рентгеновское излучение, так как эти излучения можно регистрировать при наружной детекции. Чем больше γ-квантов или рентгеновских квантов образуется при радиоактивном распаде, тем эффективнее данный радиофармацевтический препарат в диагностическом отношении. В то же время радионуклид должен испускать по возможности меньше корпускулярного излучения — электронов, которые поглощаются в теле пациента и не участвуют в получении изображения органов. С этих позиций предпочтительны радионуклиды с ядерным превращением по типу изомерного перехода.

Радионуклиды, период полураспада которых — несколько десятков дней, принято считать долгоживущими, несколько дней — среднеживущими, несколько часов — короткоживущими, несколько минут — ультракороткоживущими. По понятным соображениям стремятся использовать короткоживущие радионуклиды. Применение среднеживуших и тем более долгоживущих радионуклидов связано с повышенной лучевой нагрузкой, использование ультракороткоживуших радионуклидов затруднено по техническим причинам.

Существует несколько способов получения радионуклидов. Часть из них образуется в реакторах, часть — в ускорителях. Однако наиболее распространенным способом получения радионуклидов является генераторный, т.е. изготовление радионуклидов непосредственно в лаборатории радионуклидной диагностики с помощью генераторов.

Очень важный параметр радионуклида — энергия квантов электромагнитного излучения. Кванты очень низких энергий задерживаются в тканях и, следовательно, не попадают на детектор радиометрического прибора. Кванты же очень высоких энергий частично пролетают детектор насквозь, поэтому эффективность их регистрации также невысока. Оптимальным диапазоном энергии квантов в радионуклидной диагностике считают 70-200 кэВ.

Важным требованием к радиофармацевтическому препарату является минимальная лучевая нагрузка при его введении. Известно, что активность примененного радионуклида уменьшается вследствие действия двух факторов: распада его атомов, т.е. физического процесса, и выведения его из организма — биологического процесса. Время распада половины атомов радионуклида называют физическим периодом полувыведения Т 1/2. Время, за которое активность препарата, введенного в организм, снижается наполовину за счет его выведения, именуют периодом биологического полувыведении. Время, в течение которого активность введенного в организм РФП уменьшается наполовину вследствие физического распада и выведения, называют эффективным периодом полувыведения (Теф)

Для радионуклидных диагностических исследований стремятся выбрать радиофармацевтический препарат с наименее продолжительным T 1/2. Это и понятно ведь от данного параметра зависит лучевая нагрузка на больного. Однако очень короткий физический период полураспада также неудобен: нужно успеть доставить РФП в лабораторию и провести исследование. Общее же правило таково: Тдар препарата должен приближаться к продолжительности диагностической процедуры.

Как уже отмечалось, в настоящее время в лабораториях чаще используют генераторный способ получения радионуклидов, причем в 90-95 % случаев — это радионуклид 99mТс, которым метят подавляющее большинство радиофармацевтических препаратов. Кроме радиоактивного технеция, иногда применяют 133Хе, 67Ga, очень редко — другие радионуклиды.

РФП, наиболее часто используемые в клинической практике.

РФП

Область применения

99mТс-альбумин

Исследование кровотока
99m‘Тс-меченные эритроциты Исследование кровотока
99mТс-коллоид (технифит) Исследование печени
99mТс-бутил-ИДА (бромезида) Исследование желчевыделительной системы
99mТс-пирофосфат (технифор) Исследование скелета
99mТс-МАА Исследование легких
133Хе Исследование легких
67Gа-цитрат Туморотропный препарат, исследование сердца
99mТс-сестамиби Туморотропный препарат
99mТс-моноклональные антитела Туморотропный препарат
201Т1-хлорид Исследование сердца, головного мозга, туморотропный препарат
99mTc-DMSA (технемек) Исследование почек
131Т-гиппуран Исследование почек
99Tc-DTPA (пентатех) Исследование почек и сосудов
99mTc-MAG-3 (технемаг) Исследование почек
99mТс-пертехнетат Исследование щитовидной железы и слюнных желез
18F-DG Исследование головного мозга и сердца
123I-MIBG Исследование надпочечников

Для выполнения радионуклидных исследований разработаны разнообразные диагностические приборы. Независимо от их конкретного назначения все эти приборы устроены по единому принципу: в них есть детектор, преобразующий ионизирующее излучение в электрические импульсы, блок электронной обработки и блок представления данных. Многие радиодиагностические приборы оснащены компьютерами и микропроцессорами.

В качестве детектора обычно используют сцинтилляторы или, реже, газовые счетчики. Сцинтиллятор — это вещество, в котором под действием быстро заряженных частиц или фотонов возникают световые вспышки — сцинтилляции. Эти сцинтилляции улавливаются фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), которые превращают световые вспышки в электрические сигналы. Сцинтилляцион-ный кристалл и ФЭУ помещают в защитный металлический кожух — коллиматор, ограничивающий «поле видения» кристалла размерами органа или изучаемой части тела пациента.

Обычно у радиодиагностического прибора имеется несколько сменных коллиматоров, которые подбирает врач в зависимости от задач исследования. В коллиматоре имеется одно большое или несколько мелких отверстий, через которые радиоактивное излучение проникает в детектор. В принципе, чем больше отверстие в коллиматоре, тем выше чувствительность детектора, т.е. его способность регистрировать ионизирующее излучение, но одновременно ниже его разрешающая способность, т.е. свойство раздельно различать мелкие источники излучения. В современных коллиматорах имеется несколько десятков мелких отверстий, положение которых выбрано с учетом оптимального «видения» объекта исследования! В приборах, предназначенных для определения радиоактивности биологических проб, применяют сцинтилляционные детекторы в виде так называемых колодезных счетчиков. Внутри кристалла имеется цилиндрический канал, в который помещают пробирку с исследуемым материалом. Такое устройство детектора значительно повышает его способность улавливать слабые излучения биологических проб. Для измерения радиоактивности биологических жидкостей, содержащих радионуклиды с мягким β-излучением, применяют жидкие сцинтилляторы.

Все радионуклидные диагностические исследования делят на две большие группы: исследования, при которых РФП вводят в организм пациента, — исследования in vivo, и исследования крови, кусочков ткани и выделений больного — исследования in vitro.

При выполнении любого исследования in vivo требуется психологическая подготовка пациента. Ему необходимо разъяснить цель процедуры, ее значение для диагностики, порядок проведения. Особенно важно подчеркнуть безопасность исследования. В специальной подготовке как правило, нет необходимости. Следует лишь предупредить пациента о его поведении во время исследования. При исследованиях in vivo применяют различные способы введения РФП в зависимости от задач процедуры В большинстве методик предусматривается проведение инъекции РФП преимущественно в вену, гораздо реже в артерию, паренхиму органа, другие ткани. РФП применяют также перорально и путем вдыхания (ингаляция).

Показания к радионуклидному исследованию определяет лечащий врач после консультации с радиологом. Как правило, его проводят после других клинических, лабораторных и неинвазивных лучевых процедур, когда становится ясна необходимость радионуклидных данных о функции и морфологии того иди иного органа.

Противопоказаний к радионуклидной диагностике нет, имеются лишь ограничения, предусмотренные инструкциями Министерства здравоохранения.

Среди радионуклидных методов различают: методы радионуклидной визуализации, радиографию, клиническую и лабораторную радиометрию.

Термин «визуализация» образован от английского слова vision (зрение). Им обозначают получение изображения, в данном случае с помощью радиоактивных нуклидов. Радионуклидная визуализация — это создание картины пространственного распределения РФП в органах и тканях при введении его в организм пациента. Основным методом радионуклидной визуализации является гаммасцинтиграфия (или просто сцинтиграфия), которую проводят на аппарате, называемом гамма-камерой. Вариантом сцинтиграфии, выполняемой на специальной гамма-камере (с подвижным детектором), является послойная радионуклидная визуализация — однофотонная эмиссионная томография. Редко, главным образом из-за технической сложности получения ультракороткоживущих позитронизлучающих радионуклидов, проводят двухфотонную эмиссионную томографию также на специальной гамма-камере. Иногда применяют уже устаревший метод радионуклидной визуализации — сканирование; его выполняют на аппарате, называемом сканером.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]

РАДИОНУКЛИДНАЯ ДИАГНОСТИКА

Радиология и радиохирургия // Радионуклидная диагностика

Методы радионуклидной диагностики

Радионуклидная диагностика — это метод лучевой диагностики, который основан на регистрации излучения введенных в организм искусственных радиоактивных веществ (радиофармпрепаратов). Радиоиммунологическая диагностика помогает изучить как организм в целом, так и клеточный метаболизм, что очень важно именно для онкологии. Определяя степень активности раковых клеток и распространенность процесса, радионуклидная диагностика помогает оценить правильность выбранной схемы лечения и вовремя выявить возможные рецидивы болезни. Чаще всего злокачественные новообразования удается обнаружить в самой ранней стадии развития, что уменьшает возможную смертность от рака и значительно сокращает количество рецидивов у таких больных.

Радиофармацевтический препарат — это разрешенное для введения человеку с диагностической целью химическое соединение, в молекуле которого содержится радионуклид.

Преимущества радионуклидной диагностики

  • Простота и скорость выполнения.
  • Малая травматичность, что важно для ослабленных больных.
  • Минимальная возможность аллергических реакций.
  • Универсальность при изучении целого ряда заболеваний.
  • Получение максимума информации при однократном минимальном облучении.
  • Уникальность полученной информации.

 

Таким образом, удается диагностировать как первичные опухоли, так и метастазы, а также определить распространенность опухолевого процесса.

Безопасность проведения радионуклидной диагностики

Радионуклидная диагностика является одним из самых безопасных видов обследования. Все помещения подвергаются ежедневному радиационному и дозиметрическому контролю.

Пациенты, находящиеся в смежных помещениях защищены от облучения благодаря утолщенным стенам, экранированным свинцом дверям и применением специально оборудованных контейнеров для хранения радиофармацевтических препаратов.

Дозы радиофармпрепаратов, применяемых при введении в кровеносную систему являются минимальными, а сам радиофармацевтический препарат – короткоживущим.

Методы проведения радионуклидной диагностики

Существует два варианта проведения радионуклидной диагностики:

  • in vitro (без введения в организм радиофармацевтических препаратов). Это безопасный метод в отношении облучения и может применяться у всех больных. Для анализа используют кровь или другую биологическую среду и диагностические тест-наборы.
  • in vivo (с введением в организм радиофармацевтических препаратов). Этот метод имеет ограничения для женщин с возможной или подтвержденной беременностью, кормящих матерей, а также детей.

 

В зависимости от обстоятельств применяется радионуклидная диагностика, которую можно разделить две отдельные группы:

Диагностика без визуального изображения органа, пораженного опухолью (радиография или радиометрия). Различают:

  • Церебральная радиоциркулография (РЦГ) – изучение нарушений кровообращения головного мозга. В этом случае регистрируют количество накопившегося радиоактивного препарата в органе в определенный промежуток времени. При этом радиофармацевтический препарат может быть введен в кровеносную систему, либо использоваться биологическая среда в пробирке.
  • Реокардиография (РКГ) – проверка параметров работы сердца. В этом случае специальный прибор после введения радиофармацевтического препарата непрерывно регистрирует изменения в органах в виде кривых (радиограмм).
  • Радиопульмонография – проверка функции легких и их сегментов.
  • Радиогепатография – оценка паренхимы печени и функции гепатоцитов.
  • Радиоренография – исследование работы почек.

 

Диагностика с получением визуального изображения органа. Эта методика подразделяется на:

  • Сканирование (сцинтиграфию). При помощи сканера удается получить данные о морфологических особенностях органов и систем и их последовательное изображение во всех точках. При использовании сцинтиграфии g-камера позволяет быстро (за 30-40 мин) провести исследование и обработать данные при помощи компьютера.
  • Динамическую сцинтиграфию. Расширяет исследование за счет получения не только морфологических, но и функциональных данных. Информация, получаемая от органов во время исследования, отображается в виде серии топограмм. Накладываясь друг на друга, они дают представление о динамических изменениях в органе за время прохождения через него радиофармацевтического препарата. Визуальный анализ позволяет оценить положение органа, его размеры, очаги изменений в нем. Динамическая сцинтиграфия изучает функциональные особенности исследуемого органа. К такому типу исследований можно отнести радионуклидную ангиографию, гепатобилисцинтиграфию, динамическую сцинтиграфию отдельных органов.

 

Виды радионуклидной диагностики

  • Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ).
  • Гамма-камера BrightView.
  • Радиоизотопная диагностика (обладает очень высокой точностью и результативностью).

 

Аппарат для осуществления радионуклидной диагностики включает в себя сцинтилляционную или гамма-камеру, которая при поглощении излучения преобразует его в электрические сигналы, отображаемые на экране компьютера.

После введения радиофармацевтического препарата в кровеносную систему больного, препарат избирательно накапливается в органах и отображается в виде «горячих» зон, если речь идет об опухолях. Существует методика, когда вводятся тропные к определенному органу фармпрепараты. В этом случае наличие рака отображает их на экране в виде пустоты, «холодной» зоны. Наличие метастазов дает такой же результат.

Посрезово полученные изображения дает инновационный аппарат ОФЭКТ, помогающий получить объемную, трехмерную модель органа. При этом два независимых аппарата (ПЭТ и КТ) заменяются единственным устройством с вращающейся гамма-камерой. Один или несколько детекторов томографа при этом двигаются вдоль тела пациента, что позволяет изучить такие трудно диагностируемые участки тела, как брюшная полость и органы грудной клетки. Сканирование занимает значительно меньше времени по сравнению со стандартным исследованием и дает более полную картину заболевания.

Благодаря радионуклидной диагностике становится возможным изучение злокачественных образований таких органов, как щитовидная железа, почки, печень, легкие, кровеносная система. При наличии рака костей или метастазов в них применяют сцинтиграфию скелета. Метод является практически безопасным, и может проводится ежемесячно без ущерба для здоровья пациента. Такое исследования очень информативно, так как в отличие от рентгенограммы указывает на изменения в костях еще до появления признаков их разрушения.

При опухолях лимфоузлов или заболевании лимфатической системы применяются два распространенных способа процедуры лимфографии:

  • Прямой способ. Препарат вводится в лимфатический сосуд при помощи шприца-автомата.
  • Непрямой способ. Введение препарата внутримышечно. Применяют при лимфограмме труднодоступных участков (например, шейных лимфоузлов). При этом радиофармацевтические препараты не проникают в пораженные злокачественными клетками лимфатические узлы и не отображаются на экране компьютера. Это позволяет обнаружить метастазы и вовремя принять меры, назначив правильную схему лечения.

 

Препараты, применяемые в радионуклидной диагностике

Для успешного проведения исследования с помощью радионуклидной диагностики необходимо сочетание трех важных факторов:

  • Квалифицированного персонала.
  • Высокотехничного инновационного оборудования.
  • Качественных радиофармпрепаратов.

 

Радиофармпрепараты, используемые в исследованиях соответствуют необходимым требованиям в отношении химической, радионуклидной и радиохимической чистоты.

Помимо препаратов, вводимых в кровеносную систему или лимфатические сосуды, применяются радиофармацевтические препараты, изготовленные в виде таблеток. Этот метод имеет целый ряд преимуществ:

  • Радиофармацевтический препарат распадается и выводится из организма в короткие сроки, не нанося ущерба здоровью.
  • Метод является атравматичным.
  • Риск облучения у медицинского персонала и больных уменьшается в десятки раз по сравнению с использованием традиционных препаратов.
  • Не требует специальных помещений для хранения из-за очень низкого уровня радиации.
  • Применение нового вида радиофармацевтического препарата не влияет на точность и качество диагностики.

 

Радиоиммунологические анализы (РИА) при злокачественных новообразованиях

Радионуклидная диагностика может быть незаменимой в случаях спорного диагноза онкологического заболевания. Часто традиционные рентгенограммы являются малоинформативными, и указывают на наличие опухоли косвенно. КТ не всегда детально отображает границы опухолевого процесса, а УЗИ диагностика — редкие опухоли. Применение МРТ, ПЭТ/КТ, ОФЭКТ для части пациентов является дорогостоящей процедурой. Это обуславливает целесообразность использования радиоиммунологических анализов, дающих уникальную информацию.

Использование методики in vitro имеет свои неоспоримые преимущества. Она незаменима для определения концентрации в органах гормонов, иммуноглобулинов, опухолевых антигенов. Это позволяет использовать данный радиоиммунологический анализ для изучения таких заболеваний, как СПИД, сахарный диабет, различные формы тяжелой аллергии. Определения концентрации раковоэмбрионального антигена позволяет обнаружить онкологические патологии на ранних стадиях.

Принцип радиологического анализа (РИА) заключается в изучении искусственно меченых радиоизотопами систем (транспортных белков, антител, рецепторных белков и т. д.), полученных из биологической среды. Изучаться может кровь, моча, лимфа и др.

Преимущества проведения радиоиммунологических анализов

  • Возможность применения у всех категорий пациентов в связи с отсутствием облучения.
  • Высокая чувствительность.
  • Малое количество биоматериала, необходимого для исследования.
  • Простота и возможность проведения большого количества анализов и проб.
  • Точность анализа, связанная со специфичной антиген – реакцией.

 

Виды радиоиммунологических анализов

Существует несколько разновидностей анализа:

  • ФИА. Вместо радиоизотопа применяют меченый фермент.
  • Иммунофлюориметрический анализ. Используют флуоресцирующие компоненты.
  • Неиммунохимический метод. В качестве реагентов выступают белки плазмы или рецепторы гормонов. Данный метод очень точен, но может быть необъективным в случае применения стимуляторов больным или присутствия факторов, влияющих на изначальную концентрацию гормона или фермента в крови.

 

Реагенты, применяемые для радиоиммунологических анализов

Для проведения анализа применяют следующие реагенты:

  • Немеченый антиген, взятый из биоматериала.
  • Меченный, имеющий высокую активность (0,5 ГБк) антиген.
  • Антисыворотка со специфичными к антигену антителами.

 

При проведении анализа определяют концентрацию антигена, сравнивая ее со стандартными пробами. РИА является одним из самых точных иммунохимических анализов. Не зависит от внешней среды, а только от соотношения компонентов – антиген-антитетела.

Проведение всего комплекса диагностических исследований наряду с лабораторными анализами дают точную картину развития онкологического заболевания и помогают оценить принимаемые методы борьбы с ним.

(495) 545-17-44 — клиники в Москве и за рубежом

ОФОРМИТЬ ЗАЯВКУ на ЛЕЧЕНИЕ

Общая радионуклидная диагностика









ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?












⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Радионуклидная диагностика базируется на применении радиофармацевтических препаратов (РФП), вводимых в организм пациента (исследования in vivo) или взаимодействующих с биологическими средами in vitro.

Методы радионуклидных исследований подразделяются на визуализирующие (гамма-топография) и невизуализирующие (радиометрия, радиография). Невизуализирующие методы исследования включают радиоиммунный анализ (радиометрия in vitro), определение объема циркулирующей крови, исследование продолжительности жизни эритроцитов, изучение эритросеквестрирующей функции селезенки, определение объема желудочно-кишечной кровопотери, диагностика потери белка желудочно-кишечным трактом, оценка абсорбции витамина В-12 в желудочно-кишечном тракте, изучение метаболизма железа, определение скорости клубочковой фильтрации и эффективного почечного плазмотока, измерение йодопоглотительной функции щитовидной железы. Визуализирующие методы – гамма-топография различных органов и всего тела.

Радиофармацевтический препарат это химическое соединение, предназначенное для введения человеку с диагностической или лечебной целью и содержащее в своей молекуле определенный радиоактивный нуклид.

Известно около 80 радионуклидов, которые применялись ранее или используются в настоящее время для получения РФП для ядерной медицины. Однако наибольшее практическое значение для радиоизотопной диагностики сохранили на сегодня только 99м-технеций, 123-йод, радиоизотопы индия и таллия, которые по своим физическим, химическим и биологическим свойствам признаны оптимальными для проведения однофотонных сцинтиграфических исследований.

 

Требования к РФП

1. Обладать периодом полураспада примерно равным 1\3 продолжительности исследования. Это должно ограничить воздействие излучения на пациента после завершения исследования.

F Период полураспада — это время, в течение которого распадается половина ядер данного вещества и его активность уменьшается вдове.
Период полувыведения — это время, в течение которого активность вещества, введенного в организм, уменьшается вдвое за счет выведения.
Эффективный период полувыведения — это время, в течение которого активность вещества, введенного в организм, уменьшается вдвое за счет распада и выведения.
 

2. Удобство регистрации излучения РФП. Для целей визуализации предпочтительнее использовать радионуклиды испускающие гамма лучи. Альфа излучатели не используются из-за высокого их поглощения тканями и крайне низкой проникающей способности. Бета излучатели используются ограниченно.



3. РФП должны включаться в обмен веществ или переноситься с током крови.

4. Препараты должны быть безвредны и не нарушать обычного течения физиологических и биологических процессов.

 

РФП могут быть подразделены на органотропные, тропные к патологическому очагу и соединения без выраженной селективности. По способу получения нуклиды подразделяют на реакторные, циклотронные и генераторные.

 

Характеристика радионуклидов, используемых для радионуклидной диагностики

Радионуклиды Способ получения Тип
излучения
Период полураспада Названия препаратов Особенности применения
67Ga Циклотрон γ 78 часов Галлия цитрат Гамма-топография
123I Циклотрон γ 13 часов Натрия йодид
альбумин-йод
макроагрегаты
Бенгальский розовый, Гиппуран
Радиометрия
Радиография Гамма-топография
131I Реактор γ, β 8 суток
111In Циклотрон γ 2.8 суток Белковые препараты, меченые индием Гамма-топография
113mIn Генератор γ 100 минут
81mKr Генератор γ 13 секунд воздушно-криптоновая смесь Радиография Гамма-топография
99mTc Генератор γ 6 часов Пертехнетат натрия
Пирофосфат
Технефит
Технемек
Радиография
Гамма-топография
201Tl Циклотрон γ 73.5 часа Таллия хлорид Гамма-топография
199Tl Циклотрон γ 7.4 часа
133Xe Реактор γ, β 5.3 суток воздушно-ксеноновая смесь Радиография Гамма-топография

 

Генераторные нуклиды являются короткоживущими и образуются из изотопов с длительным периодом полураспада, помещенных в свинцовый контейнер (генератор). Преимуществом использования генераторов является возможность их транспортировки на большие расстояния с последующим выделением дочернего нуклида непосредственно в диагностической лаборатории ex tempore.

Элюированием называется процесс получения из генератора стерильного раствора натрия пертехнетата (Na99mTcO4) путем промывания колонки генератора физиологическим раствором (элюэнтом). Выделенный элюат может быть использован как в качестве самостоятельного РФП, так и для изготовления различных препаратов с помощью специальных наборов реагентов.




 

 

Методы радионуклидных исследований.

 

Радиометрия
Радиометрия in vivo — это метод радионуклидного исследования, при котором в организм вводится радиофармацевтический препарат, а затем производится измерение активности над исследуемым органом или над всем телом пациента.
Результат исследования получается в виде числового значения — процент накопления изотопа (за 100% принимается всё введенное количество препарата).
Лабораторная радиометрия — радиоиммунологический анализ — группа лабораторных исследований, при которых происходит взаимодействие радиофармацевтических препаратов с биологическими средами в пробирке (in vitro) по механизму взаимодействия антиген-антитело. Основное применение – определение концентрации гормонов, ферментов, антител и других биологически активных веществ в плазме крови.
Радиография
Радиография — это метод радионуклидной диагностики, при котором производится введение радиофармпрепарата в организм с последующим непрерывным или дискретным измерением активности над исследуемым органом или над всем телом.
Результат исследования — в виде графика накопления и выведения препарата.
 
Гамма-топография
Радиоизотопное сканирование — метод радионуклидного исследования с использованием сканера. Радиофармпрепарат вводится в организм. Детектор сканера движется над исследуемой зоной измеряя активность «по строчкам».
Одновременно по бумаге движется печатающая головка. На получающемся изображении густота штриховки и ее цвет отображают уровень зарегистрированной активности.

 
Радиоизотопная сцинтиграфия — метод радионуклидного исследования с использованием гамма-камеры. Радиофармпрепарат вводится в организм. Детектор гамма-камеры имеет большие размеры и регистрирует активность сразу над большой площадью.
Гамма-кванты взаимодействуют со сцинтилляционным кристаллом в детекторе гамма-камеры, создавая микроскопические вспышки видимого света (сцинтилляции) которые регистрируются и усиливаются фотоэлектронными умножителями. Элнектрические сигналы проходят компьютерную обработку и формируют изображение на экране.

 
 
Позитронно-эмиссионная томография (PET) — томографическое радионуклидное исследование, позволяющее получать изображение с отдельно выбранного слоя тканей. При данном исследовании используются радиофармпрепараты, образующие при своем распаде позитроны. Образующиеся позитроны взаимодействуют с электронами в тканях организма. При этом взаимодействии (аннигиляция) образуются парные гамма-кванты, которые регистрируются детекторами. Для исследования применяются ультракороткоживущие радионуклиды 11C (период полураспада 20 минут), 13N (9 минут), 15О (2 минуты), 18F (110 минут).
Продольное и поперечное изображение сердца
     

 

Отличительной чертой методов ядерной медицины является их функциональность. Сцинтиграммы способны отражать физиологические и патофизиологические изменения, происходящие в организме. Это достигается за счет использования радиофармпрепаратов, способных накапливаться в определенных морфологических структурах или отражать динамику протекающих в органе физиологических или биохимических процессов.

 

F Гамма-топография — единственный метод, позволяющий определить количество и распределение функционирующей паренхимы.

 

Патологические процессы, выявляемые при гамма-топографии могут отображаться как диффузные изменения, либо как холодные и горячие очаги (очаги гипо- и гиперфиксации РФП).

Холодный очаг (очаг гипофиксации РФП) — это отграниченный участок органа или ткани, накопление препарата в котором меньше, чем в окружающих тканях, или вообще отсутствует.
Горячий очаг (очаг гиперфиксации РФП) — это отграниченный участок органа или ткани, накопление препарата в котором больше, чем в окружающих тканях.

 




Читайте также:







ПО РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКЕ








ПО РАДИОНУКЛИДНОЙ ДИАГНОСТИКЕ


И ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
































СМОЛЕНСК


 

 

УДК 615.849 (071)

Л.С. Мелехова, В.М. Фетисов, М.Г. Ильин, А.А. Косова

Учебно-методическое пособие по радионуклидной диагностике и лучевой терапии.

Под редакцией В.М. Фетисова – Смоленск, издание СГМА, 2007 г., 63 с.

 

 

Методическое пособие предназначено для студентов лечебного, педиатрического и стоматологического факультетов и содержит краткое изложение основных положений радионуклидной диагностики и лучевой терапии с современных позиций.

Данное пособие поможет студентам лучше усвоить учебный материал. Каждый раздел содержит тему, цель, место, оснащение и план проведения занятия. В конце темы даны контрольные вопросы и литература, приводятся тестовые задания.

 

Рецензент – профессор В.С. Забросаев

 

 

Пособие рекомендовано к изданию Центральной методической

комиссией Смоленской государственной медицинской академии.

 

 

Смоленская государственная медицинская академия, 2007 г.


РАДИОНУКЛИДНАЯ ДИАГНОСТИКА

 

Занятие № 1

Тема:

«Физика ионизирующих излучений, используемых в радиодиагностике. Структура и организация работы радионуклидной лаборатории. Радионуклидное исследование поверхностно расположенных новообразований и щитовидной железы».

Цель занятия:

а) повторить со студентами основы радиоактивности, ее виды, свойства альфа-, бета- и гамма-лучей;

б) познакомить со структурой радионуклидной лаборатории, используемой в ней радиодиагностической аппаратурой, средствами защиты персонала в блоке открытых источников;

в) ознакомить студентов с методами радионуклидного исследования щитовидной железы, бета-фосфорной диагностикой, показаниями и противопоказаниями и диагностическими возможностями используемых методик;

г) научить студентов интерпретации данных радиофункционального и топоморфологического исследования щитовидной железы, поверхностно расположенных новообразований.



Место занятия: учебная комната, кабинеты радионуклидной лаборатории.

Оснащение: оборудование радиодиагностических кабинетов, таблицы, сканограммы, сцинтиграмммы щитовидной железы.

 

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

1. В учебной комнате практическое занятие начинается с опроса студентов с целью выяснения их теоретической подготовки.

2. Под руководством преподавателя студенты знакомятся с техническим оснащением радионуклидной лаборатории и организацией ее работы, со структурными подразделениями блока открытых источников, с защитой персонала при работе с РФП.

3. В учебной комнате преподаватель знакомит студентов с методикой чтения данных радиометрии и сканирования щитовидной железы, исследованиями in vitro и контактной бета-фосфорной диагностикой, а далее студенты самостоятельно расшифровывают эти данные у здоровых лиц и больных с узловыми поражениями щитовидной железы и другой патологии. В конце занятий проводится текущий контроль знаний студентов на I – II уровне усвоения.

 

 

Радиофармпрепараты (РФП).

Радиофармпрепараты — это химические соединения, состоящие их двух частей: радиоактивной – метки и нерадиоактивной – носитель. Например: РФП технефит+99mTc. Технефит является носителем, 99mTc- меткой.

Требования, предъявляемые к РФП:

1. Органотропность – способность избирательно накапливаться в тканях отдельных органов. Существует несколько видов тропности:

а) Специфическая и направленная тропность. Например: 131I обладает свойствами тиреотропности, РФП – бромезида + 99mТс тропен к гепатоцитам, технефит +99mТс – к клеткам ретикулоэндотелиальной системы (РЭС) в печени, селезенке, красном костном мозге. Технифор +99mТс — к костной ткани.

б) Патологическая или туморотропность – 75 34Se-метионин – тропен к опухолевым клеткам поджелудочной железы.

в) Тропность без выраженной избирательности – 24 11Na используется для исследования кровотока и лимфообращения.

г) Косвенная тропность – временная концентрация РФП в органе на пути его прохождения и выведения из организма (временная локализация РФП при исследовании костной системы в почках и мочевом пузыре).

2. Прочность соединения носителя и метки.

3. РФП должны давать минимальную лучевую нагрузку, т.е. иметь наиболее короткое Т- эфф.

Следует подчеркнуть, что интенсивность накопления препарата в функционирующей ткани исследуемого органа или системы прямо пропорциональна объему и ее состоянию. Например, при УЗИ почек выявлены выраженные структурные изменения одной из почек. При радионуклидном исследовании, в случае отсутствия функционирующей ткани, визуализация данной почки невозможна. И, наоборот, при атипичном расположении исследуемого органа, радионуклидная диагностика позволяет определить его расположение при наличии функционирующей ткани (загрудинный зоб, выраженная тазовая дистопия почек и др.), что практически невозможно при других методах исследований.




 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Основные принципы радиометрии, устройство радиодиагностической аппаратуры.

2. Радиоактивность, ее виды. Понятие естественного радиоактивного фона. Физическая характеристика альфа-, бета-, гамма-излучений.

3. Радионуклиды. Закон радиоактивного распада, его практическое значение.

4. Радиофармпрепараты. Требования, предъявляемые к РФП.

5. Организация работы в радионуклидной лаборатории.

6. Контактная бета-фосфорная диагностика.

7. Исследование функции щитовидной железы путем дистанционной радиометрии.

8. Сканирование щитовидной железы.

9. Методы радионуклидного исследования щитовидной железы in vitro.

 

Занятие № 2

Тема:

«Радиоренография. Гамма-камерная визуализация органов и систем: динамическая нефросцинтиграфия, динамическая гепатобиллисцинтиграфия, статическая сцинтиграфия печени, остеосцинтиграфия».

Цель занятия:

а) ознакомить студентов с показаниями, противопоказаниями, методами радионуклидного исследования почек, печени и костей скелета и их диагностическими возможностями;

б) научить студентов расшифровывать ренограммы, сцинтиграммы в норме и патологии.

 

Место занятия: учебная комната, кабинеты радионуклидной лаборатории.

Оснащение: оборудование радиодиагностических кабинетов, таблицы, сцинтиграмммы почек, печени и костей скелета.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Радиоренография: показания, противопоказания, требования к проведению регистрации быстротекущих процессов. РФП, характеристика кривых.

2. Динамическая нефросцинтиграфия. РФП, преимущества по сравнению с РРГ, расшифровка данных ДНС.

3. Динамическая гепатобиллисцинтиграфия. Показания, РФП, методика проведения, оценка результатов полученного исследования.

4. Статическая сцинтиграфия печени. Показания, РФП, методика проведения исследования, оценка результатов полученного исследования.

5. Остеосцинтиграфия. Показания, РФП, методика проведения исследования, оценка результатов полученного исследования.

 

Литература:

Линденбратон Л.Д., Королюк И.П. Медицинская радиология. Изд-во Медицина, Москва, 2000 г.

Цыб А.Ф., Зубовский Г.А., Габуния Р.И. СТАНДАРТИЗОВАННЫЕ МЕТОДИКИ РАДИОИЗОПНОЙ ДИАГНОСТИКИ. Обнинск, 1987г.

Миронов С.П., Касаткин Ю.Н. ДЕТСКАЯ РАДИОЛОГИЯ. Москва, 1993 г.

ЛУЧЕВАЯ ТЕРАПИЯ


Тема

Виды ионизирующего излучения, применяемые с лечебной целью Радиобиологические основы лучевой терапии. Планирование лучевого лечения злокачественных заболеваний.

 

Цель занятия:

 

  1. ознакомить студентов с физическими и биологическими основами лучевой терапии, с показаниями и противопоказаниями к ее проведению, основными принципами и программами облучения злокачественных новообразований, методами их лечения;
  2. научить студентов составлять план лучевого лечения больных с поверхностной и глубокой локализацией опухолей.

 

 

Место проведения:

 

учебная комната, кабинеты лучевой терапии, стационар

 

Оснащение: Учебные таблицы, рентгенологические аппараты, аппараты для проведения лучевой терапии, истории болезней, карты лучевой терапии.

 

Методические указания студентам

 

Излучение, приводящее при взаимодействии с веществом к появлению электрических зарядов разных знаков (ионов, называется ионизирующим). В процессе ионизации происходит отрыв одного или нескольких электронов от атома.

По физическим свойствам ионизирующие излучения разделяют на два вида: квантовое и корпускулярное. К квантовому излучению относятся рентгеновское и гамма-излучения, представляющие собой электромагнитные колебания и характеризующиеся определенной длиной волны.

Рентгеновское излучение возникает при столкновении быстрых электронов с атомами вещества анода в рентгеновской трубке, при этом энергия его фотонов составляет 0,05-400 кэв, максимум поглощенной дозы находится практически на облучаемой поверхности, а слой половинного ослабления на расстоянии 6 см. При торможении электронов с атомами мишени в ускорителях (линейные ускорители, циклические: циклотроны, беттатроны образуется рентгеновское тормозное излучение, обладающее энергией от 4 до 45 МэВ и может использоваться для лечения глубоко расположенных опухолей. Преимущества ускорителей заключаются в следующем: существует возможность выбора вида излучения (квантовое или электронное) и регулирования энергии излучения, небольшие размеры сечения пучка электронов на мишени (0,5-3 мм), небольшой вклад рассеянного излучения и, следовательно, меньшая интегральная доза вне полезного пучка, высокая мощность дозы в рабочем пучке излучения.

Гамма-излучение отличается от рентгеновского только механизмом происхождения. Гамма-кванты испускаются самопроизвольно и непрерывно естественными радиоактивными веществами. Наиболее часто в клинической практике применяют радиоактивный кобальт-60 с энергией квантов 1, 25 МэВ и цезий-137 с энергией квантов 0,66 МэВ. При гамма-терапии кобальтом-60 максимальная доза находится на глубине 5-6 мм, а слой половинного ослабления равен 12 см.

Корпускулярные излучения:

Бета-излучение представляет собой поток отрицательно и положительно заряженных частиц, обладающих ничтожной массой 1/1840 массы атома водорода и большой скоростью 87-298 тыс. км/сек.

Проникающая способность в мягких тканях составляет 1 см. Источниками бета-излучения являются йод-131, фосфор-32, иттрий-90, золото-198, которые вводят в виде коллоидных растворов или рассасывающихся материалов при контактной терапии.

Излучение высоких энергий получают в специальных ускорителях.

К ним относятся:

а) нейтронное излучение-поток нейтронов, элементарных частиц, не имеющих заряда, с массой 1, 00897 атомной единицы массы. Источниками нейтронов являются ускорители и ядерные реакторы (для дистанционного облучения), а также калифорний-252, который успешно применяется при внутритканевой, внутриполостной и аппликационной терапии в лечении опухолей головы и шеи.

Основным преимуществом использования нейтронного облучения является:

  1. отсутствие зависимости повреждения:

а) от фазы клеточного цикла

б) от степени насыщения клеток кислородом;

2. Низкая вероятность репарации сублетальных повреждений

3. Слабая разница в радиочувствительности клеток различных опухолей.

б) протонное излучение-поток положительно заряженных частиц с массой, равной 1,00758 атомной единицы массы, образующиеся при ионизации атомов водорода. Протонное излучение успешно используется при лечении опухолей головного мозга. Преимуществом протонов перед перечисленными выше видами ионизирующих излучений является способность образовывать в конце своего пробега в тканях максимум ионизации (пик Брэгга-Грея), что позволяет более эффективно воздействовать на опухолевые клетки при щажении здоровых тканей, так как доза в пике превосходит таковую в окружающих тканях в 2,5-3,5 раза;

в) пи-мезонное излучение-поток положительных, отрицательных и нейтральных частиц, имеющих промежуточную массу электрона и протона. Плотность ионизации у пи-мезонов увеличивается к концу пробега.

 

Радиобиологические основы лучевой терапии злокачественных опухолей.

 

В основе лучевой терапии злокачественных опухолей лежит способность ионизирующего излучения подавлять функцию размножения и роста, а при более интенсивном воздействии вызывать гибель опухолевых клеток. Проведение опухолевой терапии возможно благодаря существованию радиотерапевтического интервала. Радиотерапевтический интервал-это различие в радиочувствительности и радиопоражаемости здоровых и опухолевых тканей, что реализуется в более быстром восстановлении здоровых клеток по сравнению с опухолевыми после сублетального лучевого повреждения.

Различное действие ионизирующего излучения на опухолевые и здоровые клетки объясняет закон Трибондо-Бергонье (1906 г.), который гласит, что радиочувствительность тканей прямо пропорциональна их митотической активности и уровню тканевого обмена и обратно пропорциональна степени дифференциации клеток.

Ионизирующее излучение вызывает гибель клетки двумя путями. По современным представлениям клетка гибнет в результате поражения ядерных структур-ДНК, дезоксирибонуклеопротеидов. Облучение приводит к разрыву ДНК. Это так называемый механизм прямого воздействия на клетку. Вторым механизмом в лучевом повреждении клеток является непрямое воздействие, при котором происходит радиолиз воды. В результате образуются перекисные соединения, обладающие высокой окислительной активностью. Вступая во взаимодействие с глюконуклеолипопротеидами клетки, они изменяют ее жизнедеятельность.

Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от следующих факторов:

  1. вида излучения. Эффективность биологического действия различных видов излучения неодинакова. Это значит, что равные по физическому значению дозы оказывают разное действие на организм. Различное действие на организм обусловлено неодинаковой проникающей способностью разных видов излучения и плотностью ионизации. Для характеристики этих различий введено понятие относительной биологической эффективности (ОБЭ), отражающее разницу в биологическом действии сравниваемых видов излучения.

ОБЭ — отношение поглощенной дозы (До) образцового излучения (рентгеновское излучение при 200 кВ), вызывающего определенный биологический эффект, к поглощенной дозе (Д) рассматриваемого излучения, вызывающей тот же эффект.

Одним из важнейших параметров при определении ОБЭ является линейная плотность ионизации. Способность заряженных частиц вызывать ионизацию пропорциональна квадрату заряда и обратно пропорциональна скорости движения частиц. Таким образом, чем больше заряд и меньше скорость, тем больше актов ионизации вызовет частица на своем пути, тем выше ее биологическая эффективность. Быстрые электроны относятся к редкоионизирующим излучениям; протоны, нейтроны и другие тяжелые частицы наоборот являются плотноионизирующими. Относительная биологическая эффективность более выражена при воздействии плотноионизирующего излучения (ОБЭ: рентгеновского излучения=1; гамма излучения Со 60=0,85-0,9; быстрых электронов (бетатрон 23 МЭВ)=1,59; быстрых нейтронов=10; альфа-излучения=15-20)

  1. величины поглощенной дозы. С повышением дозы излучения увеличивается число образованных в тканях ионов и соответственно увеличивается степень биологического эффекта;
  2. объема облучаемых тканей. Чем больше объем облученных тканей тем более выражена ответная биологическая реакция;
  3. распространения дозы во времени. Ответная биологическая реакция будет тем больше, чем короче срок подведения дозы.

 

Эффективность лучевой терапии зависит от радиочувствительности клеток. Установлено, что после облучения вымирание «рода» облученной клетки происходит не сразу, а на уровне нескольких поколений. В одном случае может погибнуть сама облученная клетка, в другом — дочерние клетки. Это объясняет тот факт, что регрессия опухоли наступает не сразу, а спустя 2-3 недели после облучения.

В связи с этим способность облученной клетки к репарации и время наступления регрессии опухоли является характеристикой клеточной пролиферации, а не радиочувствительности опухолевых клеток.

Радиочувствительность определяют по степени снижения эффективности колониеобразования после облучения. Образование клеткой видимой глазу колонии, т.е. имеющей диаметр в сотни микрон, означает, что клетка совершила не менее 6 делений и сохранила после облучения способность к неограниченной пролиферации. Оценивая радиочувствительность по данной методике, злокачественные опухоли разделили на:

  1. Радиочувствительные (лимфосаркома, лимфогранулематоз, опухоль Вильмса, семинома, опухоль Юинга, базальноклеточный рак).
  2. Умеренно радиочувствительные (плоскоклеточный рак).
  3. Умеренно радиорезистентные (аденокарцинома).
  4. Радиорезистентные (остео-, -хондро-, миксо-, нейро-, липо-, миосаркомы, меланомы).

Кроме того на чувствительность опухолей влияет ряд клинических факторов:

1. Размеры опухоли. Опухоли небольших размеров более чувствительны.

2. Гистологическое строение опухоли, степень дифференциации клеточных элементов, соотношение стромы и паренхимы.

3. Характер роста и время удвоения опухоли.

4. Возраст опухоли.

5. Локализация опухоли. Новообразования одной и той же гистологической структуры могут иметь неодинаковую радиочувствительность, что обусловлено разными условиями кровоснабжения.

6. Наличие вторичного воспалительного процесса и распад опухоли уменьшает ее радиочувствительность.

7. Оксигенация опухоли, которая тесно связана с кровоснабжением.

8. Рецидивы опухоли, возникающие после облучения, менее чувствительны к действию ионизирующего излучения.

 

Основные принципы и методы лучевой терапии

 

Лучевая терапия применяется у 75% онкологических больных. Показанием к проведению облучения является наличие у больного злокачественной опухоли. Диагноз должен быть верифицирован и определена распространенность процесса по международной классификации TNM.

Лучевая терапия не проводится:

1. У больных с раковой интоксикацией.

  1. При острых и хронических стадиях, в стадии декомпенсации заболеваниях почек, печени, дыхательной и сердечно-сосудистой системы.
  2. У больных с лейкопенией, анемией, тромбоцитопенией.
  3. При множественных метастазах.
  4. У больных с лихорадкой (Т тела выше 38° С).
  5. При наличии лучевых повреждений.

При проведении лучевой терапии врач должен руководствоваться следующими принципами:

  1. Необходимо как можно раньше начать лечение, так как его эффективность зависит от стадии заболевания.
  2. Выбор наиболее рациональной методики.
  3. Прямое воздействие на опухоль и зоны регионарного метастазирования при максимальном щажении здоровых тканей.
  4. Добиваться максимальной радикальности курса лучевой терапии, что достигается подведением к опухоли оптимальной дозы в оптимальные сроки.

5. Лучевую терапию необходимо проводить в комплексе с сопутствующим лечением (общеукрепляющим, гемостимулирующим, дезинтоксикационным, противовоспалительным, иммунокоррегирующим, психотерапией).

Пребывание больного в радиологической клинике условно можно разделить на 3 периода: предлучевой, лучевой, постлучевой.

В лучевом периоде больным проводятся дополнительные исследования, психологическая подготовка. Большое значение имеет проведение топометрической и дозиметрической подготовки, так как от того как правильно мы разметили поля облучения, рассчитали дозу зависят результаты лечения. В первом периоде необходимо поставить цель в проведении облучения.

По целям и задачам различают радикальную, паллиативную, симптоматическую, профилактическую лучевую терапию.

1. Радикальная лучевая терапия нацелена на полное излечение больного. Она проводится у больных с локальным опухолевым процессом и удовлетворительным общим состоянием больного при 1, 2, реже 3 стадиях заболевания. Доза, подводимая к опухоли при радикальной программе, обычно максимальная и составляет 60-80 Гр.

2. Лечение по паллиативной программе проводится на 3, 4 стадиях заболевания. Цель ее заключается в продлении жизни больного за счет частичного подавления роста опухоли. Суммарная очаговая доза подводимая к опухоли, на 25% ниже радикальной, не превышает 50 Гр.

3. Облучение по симптоматической программе проводится тяжелым больным при синдроме сдавления верхней полой вены и выраженном болевом синдроме, обусловленном метастатическим поражением костей, при компрессии спинного мозга.

4. При опухолях, которые часто метастазируют в регионарные лимфатические узлы, но клинически не выявляются, производится так называемое профилактическое (элективное) облучение зон регионарного лимфооттока. Например, при раке корня языка 2 стадии следует проводить элективное облучение шейных лимфоузлов до суммарной очаговой дозы 40 Гр.

 

Методы лучевой терапии

В основе современной классификации методов лучевой терапии лежит вид ионизирующего излучения и способ его подведения к опухоли.

Поэтому лучевую терапию делят на контактную и дистанционную. При дистанционном методе источник излучения располагается на значительном расстоянии (от 30 до 150 см) от облучаемого объекта. При данном методе чаще всего используются гамма-лучи и он называется дистанционной гамма-терапией (ДГТ). ДГТ может проводится в статическом и подвижном режимах. Статическое облучение чаще всего осуществляют так называемым открытым полем, когда между источником и больным нет никаких преград. В целях защиты наиболее чувствительных к ионизирующему излучению тканей применяется многопольное облучение. Например, при лучевой терапии рака абдоминального отдела пищевода применяется 4-х польное облучение. Кроме статического облучения на практике широко применяется подвижное (динамическое) облучение, которое проводится в виде ротационного, маятникового, касательного, а также ротационного с переменной скоростью. Данная методика используется в основном при лечении опухолей, расположенных симметрично, например, рак средней трети пищевода, прямой кишки, шейки матки, мочевого пузыря. При использовании подвижного облучения уменьшается число лучевых реакций.

При дистанционной гамма-терапии в качестве источника ионизирующего облучения используется кобальт-60, период полураспада которого 5,5 лет, а средняя энергия квантов 1,25 МэВ. Облучение проводится на аппаратах «ЛУЧ-1», «АГАТ-Р», «АГАТ-С», «РОКУС». Максимальная доза возникает на глубине 5-6 мм, а слой половинного ослабления составляет 10 см.

При дистанционной рентгенотерапии используются рентгеновские лучи, генерируемые при напряжении 220-250 кв. В настоящее время данная методика не применяется в лечении опухолей, однако широко используется в лечении неопухолевых заболеваний.

Контактное облучение, при котором расстояние от источника излучения до облучаемой поверхности не превышает 7,5 см, в самостоятельном виде находит применение лишь при небольших опухолях. Обычно эти опухоли составляют не более 2 см в диаметре. Распределение энергии в облучаемых тканях происходит таким образом, при котором основная часть дозы поглощается опухолью. К контактным методам относятся близкофокусная рентгенотерапия, внутриполостная, аппликационная, внутритканевая лучевая терапия.

Короткодистанционная (близкофокусная) рентгенотерапия.

Проведение данного метода облучения показано при раке кожи, красной каймы нижней губы, полости рта, вульвы. При облучении используются мягкие рентгеновские лучи, генерируемые при напряжении 40-60 кв. Поля облучения при этом обычно не превышают 3 см в диаметре, разовая доза составляет 3-5 Гр.

Внутриполостная лучевая терапия проводится больным со злокачественными новообразованиями тела и шейки матки, прямой кишки, полости рта, пищевода. При внутриполостном облучении источник вводится непосредственно в соответствующую полость. В качестве источника ионизирующего излучения обычно используются кобальт-60 и цезий-137. Современная внутриполостная гамма-терапия осуществляется на шланговых установках типа «АГАТ-В», «АГАМ», «АННЕТ». При помощи пневматического устройства источники излучения поступают в интрастаты, находящиеся на расстоянии 0,5-2,0 см от опухоли.

Интракорпоральный метод основан на введении радиоактивных препаратов в виде макросуспензий из кобальта-60, растворов натрия-24, коллоидных растворов золота-198, иттрия-90. Данный метод применяется при опухолях плевры, первичном раке брюшины или метастатическом ее поражении, раке мочевого пузыря.

Аппликационная лучевая терапия. Данный метод применяется при лечении поверхностно расположенных опухолей (рак кожи нижней губы, гемангиомы мягких тканей). Для проведения аппликационной лучевой терапии используется муляж, который накладывается на опухоль. Он состоит из двух составных частей: основы и источника излучения. Основа состоит из парафина и воска и повторяет по форме ту поверхность, которую необходимо облучать. На наружной ее поверхности имеются бороздки, в которые укладывают радиоактивные препараты: кобальт-60, фосфор-32, иттрий-90, таллий-204, калифорний-252.

Внутритканевой метод является одним из эффективных методов лучевой терапии. Сущность его заключается во внедрении радиоактивных препаратов, например, в виде радионосных игл непосредственно в опухоль и реализации на этой основе интенсивного, сугубо локального облучения опухоли с резким спадом мощности дозы за ее пределами. Это способствует уменьшению лучевых нагрузок, снижению числа лучевых осложнений и увеличению эффективности лечения. Внутритканевая терапия показана при опухолях кожи, мягких тканей, всех отделов языка, дна полости рта, слизистой оболочки щеки, мягкого неба. При данном методе используются иглы с кобальтом-60, являющимся гамма-излучателем, и калифорнием-252, являющимся источником нейтронного излучения. Металлические футляры, в которые заключен источник, играет роль фильтра, задерживающего сопутствующие и мягкое гамма-излучения. Внедрение радиоактивных препаратов проводится с соблюдением обычных правил асептики и антисептики под проводниковой анестезией или общим наркозом. Время нахождения препаратов в тканях вычисляется с точностью до минут, в назначенное время их извлекают.

Радиохирургический метод или интраоперационный выполняется в 2-х вариантах:

  1. удаление опухоли и облучение ее ложа во время операции,
  2. облучение опухоли путем хирургического доступа без ее удаления

В этих целях используются высокоэнергетические электроны, генерируемые в линейных ускорителях. Путем регулирования энергии электронного пучка и применения тубусов, можно добиться облучения строго заданной мишени. Однократная доза излучения на область ложа опухоли или операционной раны, которая не вызывает осложнений, находится в пределах 13-15 Гр.

Метод избирательного накопления относится также к внутритканевой терапии. При этом радиоактивное вещество вводится в организм через рот или парентерально, включается в обменный цикл и избирательно поглощается определенными органами и тканями. Так, радиоактивный фосфор концентрируется в тканях костного мозга и высоко эффективен при эритремии и хронических лейкозах, миеломной болезни. Разовая доза-2 ГБк, суммарная-8-10 ГБк. Радиоактивный йод используется при лечении опухолей щитовидной железы и ее метастазах. Разовая доза — 2-3 ГБк, суммарная — 30-40 ГБк.

Курс лучевой терапии, когда в определенной последовательности применяются один из перечисленных дистанционных и контактных методов, называется сочетанным. Например, при раке шейки матки внутриполостной метод сочетается с дистанционной гамма-терапией, а при раке нижней губы 3 стадии дистанционная гамма-терапия проводится в сочетании с близкофокусной рентгенотерапией. Как правило, сочетанная лучевая терапия проводится по расщепленному курсу, на 1 этапе применяется дистанционная гамма-терапия в СОД-40 Гр, устраивается 2-х недельный перерыв. При выраженной положительной динамике на 2-м этапе проводят контактную лучевую терапию.

Поскольку результаты лечения только хирургического или только лучевого методов оставляют желать лучшего, в практику все шире внедряется хирургический метод с пред- или послеоперационным облучением. Такое лечение называется комбинированным.

Комбинированный метод применяется при злокачественных опухолях, характеризующихся местным распространением (рак языка, матки, молочной железы, прямой кишки и др.).

Как компонент комбинированного метода лучевая терапия позволяет:

— расширить показания к радикальному лечению местно распространенных опухолей

— повысить резектабельность при выполнении операций

— снизить частоту рецидивов

— способствовать повышению положительных результатов экономных органо-

сохраняющих операций

Облучение может проводится до операции или после нее.

К преимуществам предоперационного облучения опухоли и зон клинического и субклинического распространения ее относятся:

  1. Уменьшение опухоли в размерах, превращение неоперабельной опухоли в операбельную
  2. Снижение биологического потенциала опухоли из-за:

а) летального повреждения наиболее злокачественных высокопролиферирующих клеток

  1. Облитерация сосудов

Существует 3 формы предоперационного облучения:

1. Облучение операбельных опухолей

Лучевая терапия проводится по интенсивно концентрационной методике — ИКМ, подводится РОД-4-5 Гр в течении 1 недели до СОД-20-25 Гр, операция выполняется не позднее 72 часов

2. Облучение неоперабельных опухолей

Лучевая терапия проводится в режиме обычного или динамического фракционирования до СОД 40-30 Гр соответственно. Операция выполняется через 2-3 недели.

3. Облучение с отсроченной операцией выполняется при остеогенной саркоме. Подводится СОД 70-90 Гр. При условии отсутствия метастазов оперативное вмешательство проводится через 6 месяцев.

Послеоперационная лучевая терапия применяется для достижения «стерилизации» операционного поля от рассеянных в процессе операции злокачественных клеток и для эррадикации оставшихся злокачественных тканей после неполного удаления опухоли.

Послеоперационное облучение менее целесообразно, т.к. в зоне выполнения операции нарушен кровоток, возникают воспалительные изменения, снижается оксигенация.

Преимущества послеоперационного облучения заключаются в следующем:

1. Выбор объема и методики облучения проводят не вслепую, а на основании данных, полученных на операции,

2. Отсутствуют факторы, оказывающие отрицательное воздействие на заживление послеоперационных ран,

3. Оперативное вмешательство выполняют максимально быстро, сразу же после диагностики.

Для достижения лечебного эффекта при осуществлении послеоперационной лучевой терапии необходимо подведение высоких канцероцидных доз не менее 50-60 Гр, и очаговую дозу на область не удаленной опухоли или метастазов целесообразно увеличить до 65-70 Гр.

При локализации опухолей в тканях ЦНС, решетчатом лабиринте, ротоглотке (1 стадия), шейном отделе пищевода, в среднем ухе, забрюшинном пространстве целесообразно применять послеоперационную лучевую терапию независимо от стадии заболевания, т.к. в этих условиях невозможно выполнить абластичной операции.

Под комплексным методом лечения понимают использование лучевой терапии в сочетании с двумя различными методами лечения: химиотерапией, гормонотерапией, оперативным вмешательством.

МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ


ЛУЧЕВОЙ СОЧЕТАННЫЙ

контактный дистантный дистантная дистантная дистантная

— коротко- γ-терапия: Rg-терапия γ-терапия γ-терапия γ-терапия

+ внутри- + внутри- + контактная дистанционная Rg-терапия; — статическая полостная тканевая Rg-терапия

— внутриполостной; — динамическая γ-терапия γ-терапия аппликационный;

— внутритканевой;

— внутрикорпоральный;

— метод избирательного

накопления.

 

Литература

  1. Линденбратен Л.Д., Королюк И.П. Медицинская радиология. – М., Медицина, 2000.
  2. Лучевая терапия злокачественных опухолей. Под ред. Е.С. Киселевой. – М. Медицина, 1996.
  3. Лекционный материал.

 

 

Тема

 

Лучевые реакции и повреждения.

 

Цель занятия:

 

ознакомить студентов с видами лучевых реакций и осложнений на коже, слизистых оболочках, в органах, мерами их профилактики и средствами лечения.

 

Место занятия: учебная комната, кабинеты лучевой терапии.

 

Оснащение: Учебные таблицы, истории болезней, карты лучевой терапии.

 

Методические пособия для студентов

 

Действие ионизирующего излучения никогда не ограничивается только повреждением опухолевых клеток. Даже при самом совершенном способе лучевой терапии в зону облучения попадают большие объемы нормальных тканей и органов. Это приводит к снижению их регенераторных способностей, ухудшает общее состояние больного и реактивность организма. Лучевая терапия вызывает временные, а иногда и стойкие функциональные и органические нарушения в различных органах и системах. В связи с этим различают лучевые реакции и повреждения. Лучевыми реакциями принято называть изменения в органах и тканях в ответ на действие ионизирующего излучения, характеризующиеся обратимостью процессов и возникающие во время прохождения больными курса лучевой терапии.

Те необратимые изменения, которые возникают спустя определенное время после облучения, называют лучевыми повреждениями или осложнениями.

Степень выраженности лучевых реакций повреждения зависит:

  1. от индивидуальной чувствительности (более чувствительны дети),
  2. от способа подведения дозы,
  3. от качества и вида ионизирующего излучения,
  4. от методики облучения и величины дозы (различные режимы фракционирования),
  5. от погрешностей в выполнении той или иной методики (на устаревшем оборудовании ошибка в подведении дозы может достигать 30%), не учитываются дозы с противолежащих перекрестных полей, возможность наслоения полей,
  6. от квалификации врача,
  7. от погрешностей дозиметрии,
  8. от давления на лучевого терапевта клиницистами,
  9. от ошибок в диагностике.

Лучевые реакции и повреждения бывают общими и местными. Клинически общая лучевая реакция проявляется различными функциональными расстройствами со стороны центральной нервной системы (головная боль, головокружение, расстройство сна), сердечно-сосудистой (тахикардия, падение артериального давления), кроветворной (лейкопения, анемия, тромбоцитопения), пищеварительной (снижение аппетита, тошнота, рвота), а также обме




Читайте также:







РАДИОНУКЛИДНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ — Студопедия

Радионуклидные (радиоизотопные) исследования широко используются в урологии для диагностики разных болезней. Они физиологичны, относительно просты и могут выполняться повторно в ходе лечения. Лучевая нагрузка при радионуклидных методах значительно меньше, чем при рентгенологическом обследовании. Радиоизотопные соединения могут применяться у больных с повышенной чувствительностью к рентгеноконтрастным веществам.

В урологии применяют различные радионуклидные методы: радиоизотопную ренографию, динамическую и статическую почечную сцинтиграфию, сцинтиграфию костей скелета.

Методы радионуклидной визуализации и радиографии основаны на регистрации динамики накопления почкой и выделения с мочой радиоизотопных препаратов, обладающих тропностью к почечной ткани. Препараты вводят внутривенно, а уровень радиоактивности измеряют при помощи устанавливаемых над почками датчиков. Введенный препарат поступает в сосуды почки, извлекается из крови, поступает в просвет почечных канальцев и выводится из почек с мочой. Таким образом, радионуклидные исследования позволяют оценить состояние кровоснабжения и экскреторной функции почек, а также функцию верхних мочевых путей.



Для получения радионуклидной визуализации — картины пространственного распределения радиофармацевтического препарата в органах и тканях при введении его в организм — чаще всего используют гамма-камеры. Изображение органов и тканей организма получается путем регистрации излучения, испускаемого радиофармацевтическим препаратом. Для проведения радионуклидных исследований часто используют несколько датчиков, которые устанавливают над поверхностью тела пациента.

При введении в организм радиофармацевтического препарата эти датчики улавливают γ-излучение радионуклеотида и преобразуют его в электрический сигнал, который потом записывается в виде кривых.

Радиоизотопная ренография. Кривая, отражающая изменение уровня радиоактивности над областью почки, называется ренограммой (рис. 3.30). На нормальной ренограмме выделяют три сегмента. Первый сегмент («сосудистый») представляет быстрый подъем кривой вследствие поступления препарата в кровеносные сосуды почки.

Второй сегмент («экскреторный») имеет вид относительного пологого подъема. В этот промежуток времени происходит накопление препарата в почках, так как его поступление в канальцы и интерстиций преобладает над выведением. В момент равенства поступления и выведения препарата регистрируется пик кривой; за ним следует нисходящий третий сегмент («эвакуаторный»), отражающий преобладание выведения.


Замедление поступления и накопления препарата (вследствие нарушения перфузии, фильтрации или секреции) приводит к снижению амплитуды кривой и удлинению первых ее двух сегментов.

Замедление выведения препарата (вследствие нарушения оттока мочи) проявляется снижением крутизны и увеличением продолжительности третьего сегмента ренограммы; продолжительность второго и третьего сегментов при этом увеличивается. При пузырно-мочеточниковом рефлюксе выявляется повторный подъем нисходящего сегмента ренограммы, особенно заметный при мочеиспускании.

Собственного физиологического смысла изолированные сегменты ренограммы не имеют, и нарушение какого-либо из процессов образования мочи отражается в изменениях всей ренограммы в целом. Поэтому целесообразно выделять типы ренографических кривых, соответствующих тем или иным нарушениям функции почки. Как правило, различают три таких патологических типа ренограмм (рис. 3.31).

Рис. 3.30. Радиоизотопная ренограмма: 1 — левой почки; 2 — правой почки

Рис. 3.31. Основные патологические типы радиоизотопных ренограмм: 1 — обструктивный; 2 — паренхиматозный; 3 – афункциональный

Обструктивный тип кривой (резкое замедление выведения препарата) характеризуется нормальным или незначительно сниженным сосудистым сегментом, переходящим в постоянно повышающуюся кривую, крутизна которой зависит от функциональной активности почки. Данный тип кривой регистрируется при обтурации мочеточника, сдавлении его опухолью или воспалительным инфильтратом, инфравезикальной обструкции (в этом случае обструктивная кривая фиксируется над обеими почками).

Паренхиматозный тип кривой регистрируется при сочетанном снижении поступления, накопления и выведения препарата. Для ренограммы этого типа характерны снижение высоты сосудистого сегмента (нарушение почечного кровообращения, уменьшение числа функционирующих нефронов), низкая амплитуда и сглаженность пика, деформация и удлинение второго и третьего сегментов ренограммы (снижение количества мочи, нарушение транспорта в клубочках или в проксимальных канальцах, обструкция канальцев, собирательных трубочек и более крупных коллекторов мочи воспалительным и дистрофическим детритом, слущенными клетками эпителия). Паренхиматозный тип кривой наблюдается преимущественно при хронических заболеваниях почек (гломерулонефрите, пиелонефрите, нефроангиосклерозе, амилоидозе).

Афункциональный тип кривой характеризуется низким сосудистым сегментом, переходящим в горизонтальную прямую. Односторонняя кривая афункционального типа может быть зарегистрирована, например, при врожденном или ятрогенном (нефрэктомия) отсутствии почки или при полной окклюзии почечной артерии атеросклеротической бляшкой. Двусторонние афункциональные кривые регистрируются при атрофии почки любой этиологии с исходом в нефросклероз и развитием хронической почечной недостаточности.

Количественную характеристику ренограммы составляют несколько показателей, определяемых раздельно для левой и правой почек: продолжительность сосудистого сегмента, время достижения максимума кривой (Тшах) и период полувыведения препарата (Т1/2). Продолжительность сосудистого сегмента в норме составляет 20-60 с, величины Ттах— 3-5 мин и Т1/2— 8-12 мин. Симметричность правой и левой ренограмм оценивают по разности максимальных амплитуд (в норме не более 20 %), а также значенийТтах(не более 1 мин) и Т1/2 (не более 2 мин). Асимметричные изменения ренограмм свидетельствуют о преимущественном поражении одной из почек.

Параллельно с записью ренограмм можно осуществлять регистрацию радиоактивности над областью сердца, что позволяет определить величину тотального клиренса радиофармацевтического препарата. В норме время, за которое уровень радиоактивности над областью сердца уменьшается вдвое (Т1/2клиренса), составляет не более 5-7 мин. При снижении экскреторной функции почек эта величина повышается. Обработка данных от датчиков, установленных в проекции почек, позволяет определить величину раздельного клиренса для каждой почки. В норме величина тотального клиренса препарата равна сумме клиренсов правой и левой почек. При нарушении очистительной функции почек тотальный клиренс превышает суммарный клиренс обеих почек, что отражает включение экстраренальных факторов элиминации препарата из крови.

Существуют два варианта ренографии, различающихся по механизму экскреции применяемого радиофармацевтического препарата. В первом варианте (наиболее часто используемом в клинике) применяют 1311-гиппуран — «тубулотропный» препарат, который выделяется в мочу в основном путем секреции в проксимальных канальцах. Во втором варианте используют99Тс — «гломерулотропный» препарат, экскретируемый преимущественно путем фильтрации в клубочках. Соответственно ренограмма будет преимущественно отражать в первом случае функцию канальцев, а во втором — клубочков. Разные варианты ренографии позволяют раздельно оценить парциальные функции левой и правой почек: клиренс131I-гиппурана количественно характеризует величины канальцевой секреции и эффективного почечного кровотока, а клиренс99Тс — скорость клубочковой фильтрации.

Радиоизотопная ренография отличается простотой выполнения, хорошей переносимостью и возможностью применения у тяжелобольных. Процедура занимает около 30 мин, поэтому она широко используется при первичном исследовании в качестве скринирующего теста (например, у больных с артериальной гипертензией) для оценки динамики заболевания и для динамического наблюдения за функцией трансплантируемой почки (распознание реакции отторжения).

Данные о функции противоположной почки, полученные посредством радиоизотопной ренографии, помогают определить объем оперативного вмешательства (в частности, возможность нефрэктомии).

Непрямая радиоизотопная ренография. Эта методика относится к радиографическому методу, основана на исследовании прохождения радиоизотопа через сосудистую систему почек и предназначена для определения почечного кровотока и состояния сосудистого русла почек. Для исследования в большинстве случаев используют99Тсили131I-альбумин, которые вводят внутривенно с последующей регистрацией радиоактивности над почками с помощью радиографа или гамма-камеры.

Через 5-7 с после введения в сосудистое русло радиоизотоп попадает в почечную артерию, что фиксируется на реноангиограмме в виде высокого и короткого пика. С 10-12-й секунды начинается спад активности, что отражает попадание радиофармацевтического препарата в венозную систему почки и в нижнюю полую вену. К 30-40-й секунде исследование прекращается, так как первичный цикл циркуляции радиофармацевтического препарата через почки к этому времени заканчивается.

Радиоизотопная цистография. Это графическая регистрация радиоактивности над областью мочевого пузыря в фазе его естественного наполнения после внутривенного введения радиофармацевтического препарата. Как правило, радиоизотопную цистографию сочетают с ренографией(радиоизотопная реноцистография), что позволяет выявить расстройства уродинамики мочевых путей, в частности пузырно-мочеточниковый рефлюкс (при этом одновременно регистрируют повышение радиоактивности над почкой и снижение ее над мочевым пузырем).

Сцинтиграфия почек (нефросцинтиграфия). По сравнению с ренографией она дает более полную информацию, так как позволяет исследовать пространственное распределение радиофармацевтического препарата в ткани почки, а также прицельно изучить функциональное состояние ограниченных областей почки — так называемых зон интереса. Последнее особенно важно в урологической практике, так как отличительной особенностью урологических заболеваний часто является неоднородность изменений почечной паренхимы. Различают статическую и динамическую сцинтиграфию (рис. 3.32).

Рис. 3.32. Динамическая нефросцинтиграмма:

а — подковообразная почка; б — гипоплазия левой почки

Для статической нефросцинтиграфии применяют радиофармацевтические препараты, которые длительно задерживаются в почке, например99Тс. После достижения максимального накопления препарата в почках (около 2 ч) делают несколько снимков в разных проекциях. По результатам статической сцинтиграфии можно оценить объем функционирующей паренхимы и выявить «холодные очаги» — участки почки с утраченной функцией, например вследствие опухоли, кисты или абсцесса.

Для динамической нефросцинтиграфии используют препараты, быстро выделяемые в мочу (например,131I-гиппуран), и осуществляют непрерывную регистрацию радиоактивности над областью почек с получением изображения разных этапов прохождения радиофармацевтического препарата через почки и одновременным построением ренограммы. Динамическая сцинтиграфия позволяет выявить нарушения двух основных типов (тотальных или регионарных): снижение плотности накопления меченых соединений в почечной паренхиме и замедление процесса выведения из почки.

Таким образом, данный вид исследования сочетает возможность статической сцинтиграфии и радиоизотопной ренографии.

Радионуклидная диагностика метастазов опухолей мочеполовых органов. Большое значение в онкоурологии придается диагностике метастазов опухолей мочеполовых органов радионуклидными методами, в основе которых — способность метастатических очагов (скелета, мозга, легких, печени) активно поглощать меченные радиоизотопом соединения.

Радионуклидная диагностика позволяет оценить состояние всего скелета и определить метастатическое поражение в среднем на 4-7 мес раньше, чем другие методы исследования. Для диагностики метастазов используют радиоизотопную остеосцинтиграфию с фосфатными мечеными соединениями. Чувствительность сцинтиграфии костей скелета при метастазах в кости превышает 95 %, что позволяет использовать этот метод не только в диагностике, но и при оценке эффективности лечения. Однако результаты сцинтиграфии скелета малоспецифичны, поэтому при выявлении патологических очагов накопления необходимо проводить дифференциальную диагностику метастазов и других поражений костей.

Радионуклидные методы исследования в онкологии — Студопедия

В отличие от большинства диагностических методик, используемых в онкологии, радионуклидные (ядерной медицины) методы позволяют оценить не только структурные изменения в органах, но и нарушения метаболических процессов в опухолях и окружающих тканях. Важную роль эти методы играют в оценке функционального состояния органов и систем у больных с новообразованиями. Радионуклидные методы не ограничиваются выявлением опухоли. Радиофармпрепараты (РФП) используются при уже установленной опухоли для определения распространенности злокачественного процесса – наличия регионарных и отдаленных метастазов. В неясных случаях оказывают помощь в дифференциальной диагностике опухоли и других патологических процессов. Для диагностического исследования рекомендуется на первом этапе использование наиболее чувствительных методик, а на втором – наиболее специфичных.

Для диагностики опухолей применяются различные РФП, испускающие бета — и гамма излучение. Их условно делят на следующие группы:

1. РФП, способные накапливаться в тканях, окружающих опухоль (органотропные):

— в интактных тканях, в тканях, подверженных специфическим изменениям со стороны опухоли



2. РФП, тропные к мембранам опухолевых клеток:

— по реакции «антиген-антитело», по механизму клеточной рецепции

3. РФП, проникающие в опухолевые клетки:

— специфические, неспецифические.

В 1 группе РФП, тропные к той или иной ткани организма, накапливаются в ней, а наличие опухоли выявляется как очаг пониженного накопления. Например, золото-198 или коллоид технеций аккумулируются в купферовских клетках печени, а первичные опухоли печени или метастазы в ней выглядят в ней как «дефекты накопления» («холодные очаги»). Йод-123 и йод-131, технеций -пертехнетат используются в диагностике узловых образований и опухолей щитовидной железы. Недостатком этой методики является ее невысокая специфичность. РФП могут гиперфиксироваться в участках тканей, окружающих новообразование. Например, участки ткани вокруг костной опухоли реагируют остеобластической активностью и позволяют визуализировать костные метастазы и первичные опухоли на самых ранних стадиях, когда рентгенологическими методами их обнаружить еще невозможно.

Во 2-й группе РФП, тропных к мембранам опухолевых клеток по механизму «антиген-антитело», лежит реакция меченных моноклональных антител с антигенами мембран опухолевых клеток. Реакция имеет высокую онкоспецифичность. Из РФП, тропных к мембранам опухолевых клеток по механизму клеточной рецепции, используются аналоги сомастатина при диагностике нейроэндокринных опухолей (карциноид, феохромацитома, меланома), мелкоклеточного рака легких, новообразований ЦНС и лимфом.


В 3-й группе к специфическим РФП, проникающим в опухоли, относятся изотопы йода -123 и 131, которые используются для диагностики дифференцированных опухолей щитовидной железы, их метастазов. Йод-123 — метайод – бензил — гуанидин (йод-123 — МИБГ) обладает высокой эффективностью в выявлении нейроэндокринных опухолей. Неспецифические РФП, проникающие в опухолевые клетки (цитрат галлия — 67) многие годы используется для диагностики лимфом и мелкоклеточного рака легких, изотопы таллия-201 и 199 используются для диагностики новообразований бронхов, лимфом, рака щитовидной железы, опухолей костей, головного мозга.

Существуют различные методы радионуклидного выявления опухолей.

Радиометрия в онкологической практике применяется при диагностике пигментных новообразований. Используют фосфор-32, который является чистым бета-излучателем. Определяют процент накопления его в симметричном здоровом участке и в области новообразования. Резкое повышение концентрации фосфора указывает на злокачественный характер опухоли.

Сканирование – получение изображения органа с помощью введенного в организм РФП. Над исследуемым органом располагается движущийся коллимированный детектор, который по гамма — излучению собирает информацию и фиксирует ее в виде изображения органа. По сканограмме определяют форму, размеры, топографию, функциональную активность органа. Исследование занимает значительное время из-за небольшого размера детектора, который вынужден, для получения полного изображения органа, перемещаться над больным. Изображение можно получить и с помощью аппарата «ГАММА-КАМЕРА», в котором коллимированный детектор имеет большой диаметр и в его поле зрения попадает сразу весь исследуемый орган. Такое исследование называется гаммасцинтиграфией. С ее помощью можно получить статическое и динамическое функционально-анатомическое изображение, т.е., этот метод позволяет изучать быстро протекающие процессы распределения вводимых в организм РФП. Широко применяется и радионуклидная эмиссионная томография. Как и любая томография, она обеспечивает послойное исследование органа. Радионуклидные томографы не могут конкурировать с морфологической томографией в выявлении анатомических деталей, но зато обладают важной способностью улавливать распределение РФП в разных частях исследуемого органа, что отражает его функциональное состояние. То есть, радионуклидную томографию с полным правом называют функциональной томографией. Роль ее значительна в тех случаях, когда функциональные нарушения предшествуют явным анатомическим изменениям.

По характеру используемого излучения радионуклида все эмиссионные томографы разделяются на однофотонные (ОЭТ) и позитронные (ПЭТ) – двухфотонные. При ОЭТ в гамма-камере детектор перемещается вокруг исследуемой части тела. Используют гамма-излучающие РФП, которые выбирают в зависимости от задач исследования. При ПЭТ применяются короткоживущие радионуклиды, испускающие позитроны. Позитрон, вылетая из атома, вступает во взаимодействие с электроном в окружающей ткани; в результате встречи обе частицы исчезают и вместо них образуются два гамма — кванта (аннигиляция). В ПЭТ происходит регистрация этих гамма — квантов с помощью нескольких колец детекторов, окружающих пациента. Регистрируются только те гамма-кванты, которые образовались одновременно. ПЭТ дает уникальную диагностическую информацию. Применяется в настоящее время, главным образом, в трех областях медицины: онкологии, кардиологии и неврологии. Подобно КТ и МРТ используется техника томографии, что позволяет получать срезы в различных плоскостях. С помощью ПЭТ возможно получение функциональных изображений, отражающих процессы жизнедеятельности органов и тканей организма человека на молекулярном уровне. Меченое вещество выбирается в зависимости от той функции организма, за которой необходимо проследить. Например, если необходимо определить, насколько быстро клетки себя строят (опухоль!), то выбирают аминокислоту С-11- метионин, (необходима при строительстве белковой молекулы). На экране будут изображены яркие участки в тех местах, где находятся эти интенсивно работающие клетки. В этих случаях применяется аналог глюкозы – фтордезоксиглюкоза с периодом полураспада 110 минут. Уникальность этого радионуклидного исследования заключается и в том, что можно получить точные сведения о метаболизме позитронного излучателя в организме в любом ограниченном объеме ткани. Это очень важно, поскольку очень часто изменения на функциональном клеточном уровне предшествуют морфологическим изменениям. Поэтому многие заболевания диагностируются с помощью ПЭТ намного раньше, чем на КТ и МРТ, до появления структурных изменений, что существенно улучшает прогноз. При диагностике онкологических заболеваний становится возможным не инвазивное определение степени злокачественности опухоли, определение поражения лимфоузлов, отдаленных метастазов, рецидивов, проведение дифференциальной диагностики между рубцовыми изменениями и рецидивом опухоли. ПЭТ позволяет провести мониторинг эффективности лечения – определить ответную реакцию опухоли на лучевую терапию, химиотерапевтическое лечение. При эффективности лечения снижается потребление глюкозы опухолевыми клетками, снижается уровень накопления С-11-метионина, уменьшаются количество и размеры метастазов. На сегодняшний день ПЭТ является одним из самых информативных методов, применяемых в ядерной медицине.

Для диагностики злокачественных опухолей применяется методика радиоконкурентного анализа. В крови больного ведут поиск веществ, выделяемых опухолью – опухолевые маркеры. По их концентрации возможно судить о наличии опухолевого процесса и уточнить прогноз заболевания. Высокая концентрация опухолевых маркеров в крови является неблагоприятным прогностическим фактором.

Перспективным методом является иммуносцинтиграфия, с помощью которой возможно установить местонахождение опухоли с помощью меченых противомаркерных антител. Насыщают опухоль радионуклидом и визуализируют ее на топограммах. Эта методика применяется для диагностики рецидивов леченой злокачественной опухоли и выявления ее метастазов. В настоящее время применяется при колоректальном раке, опухолях молочной железы.

В рамках лучевой диагностики складывается новое направление – клиническая радиологическая биохимия.К ней относятся такие методы, как рентгеноспектральный анализ – исследование химического состава биологических образцов по их рентгеновским спектрам; рентгеноструктурный анализ по распределению рассеянных лучей в пространстве и их интенсивности изучают структуру биологических объектов; активационный анализ – определение концентрации стабильных нуклидов в биологических образцах и во всем организме. Все эти методы перспективны в диагностике на ранних стадиях онкологических заболеваний.

Магнитно-резонансный метод исследования основан на явлении ядерно-магнитного резонанса. Непосредственно анализ электромагнитных сигналов релаксирующих протонов используют для спектрографии и магнитно-резонансной томографии (МРТ).

МР — спектрография. Сущность метода состоит в следующем: исследуемый образец ткани или жидкости помещают в стабильное магнитное поле. На образец воздействуют импульсными радиочастотными колебаниями. Изменяя напряжение магнитного поля, создают резонансные условия для разных элементов в спектре магнитного резонанса. Полученные МР-сигналы анализируются. Интенсивность и плотность их зависят от плотности протонов и времени релаксации, что позволяет судить о химической и пространственной структуре вещества. По виду МР-спектра дифференцируют зрелые и незрелые опухолевые клетки, оксигенированные и гипоксические ткани, проницаемость мембран, т.е., получают важные для биологии и медицины сведения.

Магнитно-резонансная томография позволяет получать изображение любых слоев тела человека в любом сечении. МР-томограммы представляют пространственное распределение молекул, содержащих атом водорода. На них лучше, чем на компьютерных томограммах, отражаются мягкие ткани: мышцы, жировая прослойка, хрящи, сосуды. Так как в костной ткани небольшое содержание воды, кость не создает экранирующего эффекта и не мешает изображению спинного мозга, межпозвоночных дисков. Этот метод имеет высокую разрешающую способность. Высокая естественная контрастность тканей на МР-изображениях, в большинстве случаев, не требует применения контрастирующих веществ. Отсутствует лучевая нагрузка на пациента. К недостаткам метода относят: длительность исследования, необходимость полной неподвижности больного.

Показаниями к МРТ-исследованиям в онкологической практике являются: подозрения на первичные и метастатические опухоли головного и спинного мозга, опухоли мягких тканей, гортани, наличие объемных образований средостения, подозрения на сосудистый характер образования, подозрения или наличие опухолей в брюшной полости, забрюшинном пространстве, малом тазу. В случае подозрения на опухоль иногда нативное исследование дополняется контрастным усилением. Показаниями к исследованию крупных суставов является подозрение на опухолевое поражение с внутрисуставным распространением.

Термография метод регистрации естественного теплового излучения тела человека в невидимой инфракрасной области электромагнитного спектра. При термографии определяется характерная «тепловая» картина всех областей тела. У здорового человека она относительно постоянна, но при патологических состояниях меняется. В онкологической практике этот метод чаще применяется при исследовании молочных желез. Для злокачественной опухоли характерна зона интенсивной гипертермии (на 2-2,5 градуса выше температуры симметричной области). Структура участка гипертермии однородна, контуры сравнительно четкие, видны расширенные сосуды. Для эффективности исследования применяется способ, так называемой, активной термографии. Она проводится после физико-химических воздействий, на которые нормальные и опухолевые ткани реагируют неодинаково. При гипергликемической пробе, которая основана на внутривенном введении в организм глюкозы, при злокачественной опухоли температура повышается в зоне поражения на 0.7-3.0 градуса. Температура опухоли повышается также в условиях гипербарической оксигенации в кислородной лечебной барокамере.

Radionuklide — Wikipedia

En radionuklide er et atom med en ustabil kjerne som er karakterisert ved at overflødig energy enten kan gå til en nylig dannet partikkel i atomkjernen eltern elektil et al. Я прошу всех радионуклидов, отправленных с помощью фотонера, электронного устройства, электронного устройства и субатомного атома. Disse partiklene danner det som kalles ioniserende stråling. Radionuklider finnes naturlig og lages kunstig.

Strålingen fra en radionuklide при омданнинге som et fingeravtrykk for den spesielle radionukliden.Det er mulig å måle strålingen og karakterisere den ved partikkeltype og energi. Det er slik en kan skille radionuklider i fra hverandre. Вед гаммаспектроскопы сортируют гаммапартиклер с самме энергий слик и предлагают какой-то ан топп и спектр. Цезий 137 har для eksempel gammastråling (fotoner) med energi 662 keV. Ved denne energien bygger det seg opp en topp etter hvert som tellen skrider frem.
Радионуклидер обеспечивает стабильный атом.

Omdanning av radionuklider kalles radioaktiv omdanning, på engelsk: радиоактивный распад, svensk radioaktivt sønderfall и dansk: radioaktvivt henfall.Радионуклидер и радиоактивные вещества вместе с другими радиоактивными веществами.
Детальный карт для всех радионуклидеров, радионуклидов и изотопов.

Aktiviteten til en radionuklide er et mål på hvor mange omdanninger som skjer per sekund. Энхетен для активирования радионуклида в беккереле (форкортет Бк). Den er oppkalt etter fysikeren Анри Беккерель. Definisjonen på aktivitet til en radionuklide er

1 Бк = 1 с -1

Активитен i 1 грамм Ra-226 er 1 Ки = 37 ГБк = 37 • 10 9 Бк.Det arbeides med å redefinere enheten для aktivitet, men inntil videre gjelder avledingen fra den gamle enheten curie (Ci) enheten.
Aktivitet til en radionuklide blir feilaktig beskrevet som radioaktivitet. С екстерн ленке. En samling av radionuklider kalles en radioaktiv kilde. Dette er en strålekilde der radionuklidene i den omdannes ved с использованием ионизирующего излучения.

Aktivitet måles i et aktivitetsmeter. Dette er et ionisasjonskammer formet som en liten brønn. Derav navnet brønnkammer.Den radioaktive kilden som inneholder en ukjent aktivitet settes i brønnen. Strømmen fra ionseringen i kammeret måles. Hver radionuklide som skal bestemmes må ha en kalibreringskoeffisient. Aktiviteten til nukliden beregnes fra målt strømmen og kalibreringskoeffisient. Активитетметр каллес и дозекалибратор и нуклермедизин. Aktiviteten til en radionuklide må beregnes ved et bestemt tidspunkt.

  • Международная контора для векторов и металлов (BIPM) [1]

Радионуклидное исследование | Грамотно о здоровье на iLive

История открытия радионуклидной диагностики

Удручающе длинным показалось расстояние между физическими лабораториями, где ученые регистрируют следы ядерных частиц, и повседневной клинической практикой.Сама идея о возможности использования ядерно-физических явлений для обследования больных могла показаться если не безумной, то фантастической. Однако именно такая идея родилась в экспериментах венгерского ученого Д. Хевеши, впоследствии лауреата Нобелевской премии. В один из осенних дней 1912 года Э. Резерфорд показал ему кучу хлористого свинца, лежащую в подвале лаборатории, и сказал: «Вот, возьмите эту кучу. Попробуйте отличить радий от соли свинца».

После множества экспериментов Д.Хевеши совместно с австрийским химиком А.Пане выяснили, что химически разделить свинец и радий D невозможно, поскольку это не отдельные элементы, а изотопы одного элемента — свинца. Отличаются они только тем, что один из них радиоактивен. Распадаясь, он испускает ионизирующее излучение. Следовательно, радиоактивный изотоп, радионуклид, можно использовать в качестве метки при изучении поведения его нерадиоактивного двойника.

Перед врачами открылась заманчивая перспектива: ввести в организм пациента радионуклиды, чтобы контролировать их местонахождение с помощью радиометрических приборов.За относительно короткий срок радионуклидная диагностика стала самостоятельной медицинской дисциплиной. За рубежом радионуклидную диагностику в сочетании с терапевтическим применением радионуклидов называют ядерной медициной.

Радионуклидный метод — метод изучения функционального и морфологического состояния органов и систем с помощью радионуклидов и меченых индикаторов. Эти индикаторы — они называются радиофармацевтическими препаратами (RFP) — вводятся в организм пациента, а затем с помощью различных инструментов определяют скорость и характер движения, фиксации и удаления из органов и тканей.

Кроме того, для радиометрии можно использовать кусочки ткани, кровь и выделения пациента. Несмотря на введение ничтожно малых количеств индикатора (сотые и тысячные доли микрограмма), не влияющих на нормальное течение жизненных процессов, метод обладает исключительно высокой чувствительностью.

Радиофармацевтический препарат — это химическое соединение, разрешенное для введения человеку с диагностической целью, в молекуле которого содержится радионуклид.Радионут должен иметь спектр излучения определенной энергии, определять минимальную радиационную нагрузку и отражать состояние исследуемого органа.

В связи с этим радиофармпрепарат выбирается с учетом его фармакодинамических (поведение в организме) и ядерно-физических свойств. Фармакодинамика радиофармпрепарата определяется химическим составом, на основе которого он синтезирован. Возможность регистрации RFP зависит от типа распада радионуклида, которым он помечен.

Выбирая радиофармпрепарат для исследования, врач должен в первую очередь учитывать его физиологическую направленность и фармакодинамику. Рассмотрим, например, введение RFP в кровь. После введения в вену радиофармпрепарат изначально равномерно распределяется в крови и транспортируется ко всем органам и тканям. Если врача интересуют гемодинамика и кровенаполнение органов, он выберет индикатор, который длительное время циркулирует в кровотоке, не покидая стенок сосудов в окружающих тканях (например, сывороточный альбумин человека).При исследовании печени врач предпочтет химическое соединение, которое избирательно захватывается этим органом. Некоторые вещества улавливаются почками из крови и выводятся с мочой, поэтому служат для исследования почек и мочевыводящих путей. Отдельные радиофармпрепараты тропны к костной ткани, поэтому незаменимы при исследовании костно-суставного аппарата. Изучая условия транспортировки и характер распространения и выведения радиофармпрепарата из организма, врач судит о функциональном состоянии и структурно-топографических особенностях этих органов.

Однако недостаточно учитывать только фармакодинамику радиофармпрепарата. Необходимо учитывать ядерно-физические свойства радионуклида, входящего в его состав. Прежде всего, он должен иметь определенный спектр излучения. Для получения изображений органов используются только радионуклиды, излучающие гамма-лучи или характеристическое рентгеновское излучение, поскольку это излучение можно регистрировать с помощью внешнего детектора. Чем больше γ-квантов или рентгеновских квантов образуется при радиоактивном распаде, тем эффективнее этот радиофармпрепарат в диагностическом смысле.В то же время радионуклид должен излучать как можно меньше корпускулярного излучения — электронов, которые поглощаются телом пациента и не участвуют в визуализации органов. С этих позиций предпочтительны радионуклиды с ядерным превращением типа изомерного перехода.

Радионуклиды, период полураспада которых составляет несколько десятков дней, считаются долгоживущими, несколько дней — средними, несколько часов — короткоживущими и несколько минут — ультракороткими.По понятным причинам они склонны использовать короткоживущие радионуклиды. Использование средне- и особенно долгоживущих радионуклидов связано с повышенной радиационной нагрузкой, использование ультракороткоживущих радионуклидов затруднено по техническим причинам.

Есть несколько способов получения радионуклидов. Некоторые из них образуются в реакторах, некоторые — в ускорителях. Однако наиболее распространенным способом получения радионуклидов является генератор, т.е. производство радионуклидов непосредственно в лаборатории радионуклидной диагностики с помощью генераторов.

Очень важным параметром радионуклида является энергия квантов электромагнитного излучения. Кванты очень низких энергий задерживаются в тканях и, следовательно, не достигают детектора радиометрического устройства. Кванты очень высоких энергий частично пролетают через детектор, поэтому эффективность их регистрации также невысока. Оптимальный диапазон энергии кванта при радионуклидной диагностике составляет 70-200 кэВ.

Важным требованием к радиофармпрепарату является минимальная лучевая нагрузка при его введении.Известно, что активность нанесенного радионуклида снижается за счет действия двух факторов: распада его атомов, т. Е. Физического процесса, и удаления его из организма — биологического процесса. Время распада половины атомов радионуклида называется физическим периодом полураспада T 1/2. Время, за которое активность введенного в организм лекарства снижается вдвое за счет его выведения, называется периодом биологического полувыведения. Время, в течение которого активность RFP, введенного в организм, уменьшается вдвое из-за физического распада и выведения, называется эффективным периодом полураспада (TEF)

.

Для радионуклидных диагностических исследований они стремятся выбрать радиофармпрепарат с наименее продолжительным T 1/2.Это понятно, ведь от этого параметра зависит лучевая нагрузка на пациента. Однако очень короткий физический период полураспада тоже неудобен: необходимо успеть доставить RFP в лабораторию и провести исследование. Общее правило таково: препарат должен приближаться к продолжительности диагностической процедуры.

Как уже отмечалось, сейчас в лабораториях все чаще используется генераторный метод получения радионуклидов, и в 90-95% случаев именно радионуклид 99m Tc маркируется подавляющим большинством радиофармпрепаратов.Помимо радиоактивного технеция, 133 Xe, 67 Ga, иногда очень редко используются другие радионуклиды.

RFP, наиболее часто используемый в клинической практике.

90 071 Исследование сердца, мозга, туморотропный препарат

ЗП

Область применения

99m Tc Альбумин

Исследование кровотока
99m ‘Tc-меченные эритроциты Исследование кровотока
99m Tc-коллоид (технический) Исследование печени
99m Tc-бутил- ЖДА (бромезид) Обследование желчевыводящей системы
99m Tc-пирофосфат (технофор) Изучение скелета
99m Tc-MAA Обследование легких
133 Xe Исследование легких
67 Ga-цитрат Туморотропный препарат, исследование сердца
99m Tc-sesthabit Туморотропный препарат
99m Tc-моноклональные антитела

Туморотропный препарат
201 Т1-хлорид
99m Tc-DMSA (технический справочник) Исследование почек
131 T-гиппуран Исследование почек
99 Tc -DTPA (pentatech) Исследование почек и сосудов
99m Tc-MAG-3 (technomag) Исследование почек
99m Tc-pertechnetate Исследование щитовидной железы и слюнных желез
18 F-DG Исследование мозга и сердца
123 I-MIBG Исследование надпочечников

Для проведения радионуклидных исследований использовались различные диагностические инструменты развит.Независимо от их конкретного назначения, все эти устройства устроены по единому принципу: в них есть детектор, преобразующий ионизирующее излучение в электрические импульсы, электронный блок обработки и блок представления данных. Многие радиодиагностические приборы оснащены компьютерами и микропроцессорами.

В качестве детектора обычно используются сцинтилляторы или, реже, газовые счетчики. Сцинтиллятор — это вещество, в котором вспышки света — сцинтилляции — возникают под действием быстро заряженных частиц или фотонов.Эти сцинтилляции улавливаются фотоэлектрическими умножителями (ФЭУ), которые преобразуют световые вспышки в электрические сигналы. Сцинтилляционный кристалл и фотоумножитель помещены в защитный металлический кожух — коллиматор, ограничивающий «поле зрения» кристалла размером органа или исследуемой части тела пациента.

Обычно радиодиагностический прибор имеет несколько съемных коллиматоров, которые выбирает врач в зависимости от задач исследования. В коллиматоре имеется одно большое или несколько маленьких отверстий, через которые радиоактивное излучение проникает в детектор.В принципе, чем больше отверстие в коллиматоре, тем выше чувствительность детектора, т.е. Д. Его способность обнаруживать ионизирующее излучение, но при этом его разрешающая способность ниже, т.е. различать малые источники излучения. В современных коллиматорах имеется несколько десятков маленьких отверстий, положение которых выбирается с учетом оптимального «видения» объекта исследования! В приборах, предназначенных для определения радиоактивности биологических образцов, используются сцинтилляционные детекторы в виде так называемых скважинных счетчиков.Внутри кристалла имеется цилиндрический канал, в который помещается трубка с исследуемым материалом. Такое детекторное устройство значительно увеличивает его способность улавливать слабое излучение от биологических образцов. Для измерения радиоактивности биологических жидкостей, содержащих радионуклиды, с помощью мягкого β-излучения используются жидкие сцинтилляторы.

Все диагностические исследования радионуклидов разделены на две большие группы: исследования, в которых RFP вводятся в организм пациента, исследования in vivo и исследования крови, фрагментов тканей и исследования выписок пациентов in vitro.

При проведении любого исследования in vivo требуется психологическая подготовка пациента. Ему необходимо уточнить цель процедуры, ее важность для диагностики и самой процедуры. Особенно важно подчеркнуть безопасность исследования. В специальной подготовке, как правило, нет необходимости. Необходимо лишь предупредить пациента о его поведении во время исследования. В исследованиях in vivo используются различные методы введения RFP в зависимости от целей процедуры.В большинстве методов RFP вводится преимущественно в вену, гораздо реже — в артерию, паренхиму органа и другие ткани. RFP также используется перорально и путем ингаляции (ингаляции).

Показания к радионуклидному исследованию определяет лечащий врач после консультации с радиологом. Как правило, его проводят после других клинических, лабораторных и неинвазивных лучевых процедур, когда становится очевидной необходимость радионуклидных данных о функции и морфологии того или иного органа.

Противопоказаний к радионуклидной диагностике нет, есть только ограничения, предусмотренные инструкциями Минздрава.

Радионуклидные методы различают методы радионуклидной визуализации, рентгенографию, клиническую и лабораторную радиометрию.

Термин «визуализация» происходит от английского слова «видение». Они обозначают получение изображения, в данном случае радиоактивных нуклидов. Радионуклидная визуализация — это создание картины пространственного распределения RFP в органах и тканях, когда он попадает в организм пациента.Основным методом радионуклидной визуализации является гамма-сцинтиграфия (или просто сцинтиграфия), которая проводится на аппарате, называемом гамма-камерой. Вариантом сцинтиграфии, выполняемой на специальной гамма-камере (с подвижным детектором), является послойная радионуклидная визуализация — однофотонная эмиссионная томография. Редко, главным образом из-за технической сложности получения ультракоротко живущих позитронизирующих радионуклидов, двухфотонная эмиссионная томография также выполняется на специальной гамма-камере. Иногда используется уже устаревший метод радионуклидной визуализации — сканирование; это выполняется на аппарате, называемом сканером.

[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]

Экспресс-радиохимических методов для выбранных радионуклидов | Радиационная защита

Этот сборник документов в формате PDF предоставляет быстрые радиоаналитические методы для выбранных радионуклидов, применимые к промежуточной фазе и фазе восстановления ядерного или радиологического инцидента, требующей комплексного лабораторного реагирования. Эти методы были разработаны, чтобы ускорить аналитический цикл анализа, обеспечивая при этом количественные результаты, которые соответствуют целям качества измерений.Документы по методам были разработаны, чтобы представить персоналу радиоаналитических лабораторий, начальникам управления инцидентами (и их назначенным) и другому персоналу, занимающемуся реагированием на местах, ключевые операционные соображения лаборатории и вероятные радиоаналитические требования, пути принятия решений, а также стандартные показатели качества данных и качества измерений для проб, взятых после радиологический или ядерный инцидент, включая инциденты, вызванные террористическим нападением.

Следует отметить, что эти методы не были разработаны для мониторинга соответствия образцов питьевой воды, и их нельзя истолковывать как одобрение EPA для этой или какой-либо другой регулирующей программы.

Для просмотра некоторых файлов на этой странице может потребоваться программа для чтения PDF-файлов. Дополнительную информацию см. На странице EPA в формате PDF.

  • Анализ гамма-спектрометрии высокого разрешения для нормальной работы и реагирования на радиологические инциденты (PDF) (131 стр., 8 МБ,
    Октябрь 2019,
    EPA 402-B-17-001)

    Документ содержит руководство для персонала радиологической лаборатории по анализу проб с помощью гамма-спектрометрии во время обычных лабораторных операций и после радиологических или ядерных инцидентов.

  • Быстрый метод плавления известняковых матриц с гидроксидом натрия перед анализами америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (29 стр, 217 K,
    Августа 2018,
    402-R-18-002)

    Метод применим для плавления образцов известняка с гидроксидом натрия (NaOH) перед процедурами химического разделения. Это общий метод для проб известняка, взятых после радиологического или ядерного инцидента.Образцы известняка могут быть образцами керна, дроблеными образцами или кусками различного размера.

  • Быстрые радиохимические методы, применимые к избранным радионуклидам для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (11 стр., 83 K,
    Апрель 2014 г.)

    Предисловие к третьему изданию: Вода, фильтры для твердых частиц и воздухоочистители, почва, строительные материалы и радиоизотопный термоэлектрический генератор (RTG), материал

  • Быстрый метод кислотного разложения фильтров из стекловолокна и органических / полимерных композиций и мазков перед анализом изотопного урана, плутония, америция, стронция и радия для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (PDF) (14 стр., 129 K,
    Октябрь 2012,
    402-R-12-009)

    Метод основан на полном растворении как фильтрующего материала, так и осажденных частиц.

  • Быстрый метод синтеза стекловолокна и органических / полимерных композиционных фильтров с карбонатом натрия и мазки перед анализом изотопного урана, плутония, америция, стронция и радия для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (PDF) (22 стр., 178 K,
    Август 2012,
    600-R-12-640)

    Метод основан на полном растворении как материала фильтра или салфетки, так и осажденных твердых частиц.

  • Быстрый радиохимический метод определения америция-241 в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (PDF) (22 стр., 237 K,
    Октябрь 2011,
    402-R-10-001a)

    Метод основан на последовательности двух хроматографических экстракционных смол, используемых для концентрирования, выделения и очистки америция путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов водной матрицы, чтобы подготовить фракцию америция для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.

  • Быстрый радиохимический метод для плутония-238 и плутония-239/240 в воде для восстановления окружающей среды после событий национальной безопасности (PDF) (21 стр, 214 K,
    Октябрь 2011,
    402-R-10-001b)

    Этот метод основан на последовательном использовании двух смол для хроматографической экстракции для выделения и очистки плутония путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы с целью подготовки фракции плутония для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.

  • Быстрый радиохимический метод определения фосфора-32 в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (PDF) (19 стр., 340 K,
    Ноябрь 2011,
    600-R-11-181)

    Метод будет применим к пробам воды, радиоактивное загрязнение которых имеет известное или неизвестное происхождение. Метод специфичен для фосфора-32 в питьевой воде и других водных пробах. В этом методе используются методы быстрого радиохимического разделения для определения фосфора-32 в пробах воды после радиологического или ядерного инцидента.

  • Быстрый радиохимический метод определения радия-226 в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (PDF) (29 стр, 445 K,
    Октябрь 2011,
    402-R-10-001c)

    Известное количество 225Ra используется в качестве детерминанта выхода в этом анализе. Поскольку источник предполагаемого загрязнения может быть неизвестен, образец сначала переваривается с использованием концентрированной азотной кислоты с последующим уменьшением объема и преобразованием в хлоридную соль с использованием концентрированной соляной кислоты.

  • Быстрый радиохимический метод определения общего радиостронция (Sr-90) в воде для восстановления окружающей среды после событий национальной безопасности (PDF) (33 стр, 448 K,
    Октябрь 2011,
    402-R-10-001d)

    Стронций выделяют из матрицы и очищают от потенциально мешающих радионуклидов и компонентов матрицы с помощью специфичного для стронция метода быстрого химического разделения. Образец уравновешивают носителем стронция и концентрируют соосаждением Sr / BaCO3.Если при растворении кислоты отмечаются нерастворимые остатки

  • Быстрый радиохимический метод определения изотопного урана в воде для восстановления окружающей среды после событий, связанных с национальной безопасностью (PDF) (22 стр., 314 K,
    Октябрь 2011,
    402-R-10-001e)

    Этот метод основан на последовательном элюировании мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы путем экстракционной хроматографии для выделения и очистки урана с целью подготовки урана для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.

  • Быстрые радиохимические методы для отдельных радионуклидов в воде для восстановления окружающей среды после событий национальной безопасности (PDF) (146 стр., 2 МБ,
    Февраль 2010,
    402-R-10-001)

    В этом сборнике представлены быстрые радиоаналитические методы для выбранных радионуклидов в водной матрице. Эти новые методы были разработаны для ускорения аналитического времени, необходимого для определения приоритетности обработки проб, при обеспечении количественных результатов, которые соответствуют целям качества измерений, применимым к промежуточным этапам и этапам восстановления ядерного или радиологического инцидента национального значения, такого как взрыв IND или RDD.

  • Быстрый метод слияния карбоната натрия с почвой и связанными с ней матрицами до анализа стронция-90 для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (14 стр., 142 K,
    Октябрь 2012,
    402-R-12-008)

    Метод основан на полном плавлении репрезентативной тонкоизмельченной аликванты 1 г высушенного образца без нерастворимого остатка, оставшегося после растворения расплавленного расплава в кислоте. Для сред, состоящих из органических почвенных матриц, образец перед сплавлением подвергается сухому озолению при 600 ° C в соответствующем сосуде.

  • Быстрый метод объединения почв и связанных с ними матриц до анализов америция, плутония и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (23 стр., 213 K,
    Август 2012,
    600-R-12-636 / 7/8)

    Метод основан на полном плавлении репрезентативной тонко измельченной 1-граммовой аликванты высушенного образца без нерастворимого остатка, оставшегося после растворения плавленого расплава в кислоте. Для сред, состоящих из органических почвенных матриц, образец перед сплавлением подвергается сухому озолению при 600 ° C в соответствующем сосуде.

  • Быстрый метод определения радия в почве, включающий слияние почвы и матриц, связанных с почвой, с методом радиоаналитического подсчета для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (29 стр, 291 K,
    Август 2012,
    600-R-12-635)

    Метод основан на полном плавлении репрезентативной тонко измельченной 1-граммовой аликванты высушенного образца без нерастворимого остатка, оставшегося после растворения плавленого расплава в кислоте. Для сред, состоящих из органических почвенных матриц, образец перед сплавлением подвергается сухому озолению при 600 ° C в соответствующем сосуде.

  • Быстрый метод слияния гидроксида натрия / пероксида натрия радиоизотопных термоэлектрических материалов для генераторов в матрицах водяных и воздушных фильтров перед анализами плутония для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (25 стр., 237 K,
    Апрель 2014,
    402-R14-003)

    Метод основан на полном растворении материалов РИТЭГов в образцах водного или воздушного фильтра. Воздушный фильтр сплавляется с использованием быстрой гидроокиси натрия / пероксида натрия при 700 ° C.Пробы воды: тугоплавкие частицы RTG собираются на фильтре 0,45 мкм с использованием вакуума. Активность RTG, остающуюся в водном фильтрате, предварительно концентрируют с помощью осаждения фосфатом кальция.

  • Быстрый радиохимический метод определения америция-241 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (20 стр., 218 K,
    Апрель 2014,
    402-R-14-007)

    Этот метод1 основан на использовании смол для экстракционной хроматографии (смолы TEVA® + DGA®) для выделения и очистки америция путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы с целью подготовки фракции америция для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.

  • Быстрый радиохимический метод для плутония-238 и плутония-239/240 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (20 стр., 223 K,
    Апрель 2014,
    402-R-14-006)

    Этот метод основан на использовании смолы TEVA® (смола, покрытая экстрагентом Aliquat 336) для выделения и очистки плутония путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы с целью подготовки фракции плутония для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.В этом методе используется поток с вакуумной поддержкой для повышения скорости разделения.

  • Быстрый радиохимический метод обнаружения радия-226 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (32 стр., 378 K,
    Апрель 2014,
    402-R-14-002)

    В этом анализе в качестве индикатора урожайности используется известное количество 225Ra. Образец плавится с использованием процедуры быстрого метода плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц перед анализами америция, плутония, стронция, радия и урана (ссылка 16.3), а затем изотопы радия удаляются из термоядерной матрицы с использованием стадии осаждения карбоната.

  • Быстрый радиохимический метод определения общего радиостронция (Sr-90) в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (32 стр., 311 K,
    Апрель 2014,
    402-R-14-001)

    Этот документ (редакция 0), который является частью более крупного сборника, предоставляет быстрые радиоаналитические методы для выбранных радионуклидов, применимые к промежуточным этапам и этапам восстановления ядерного или радиологического инцидента, требующим комплексного лабораторного реагирования.

  • Быстрый радиохимический метод определения изотопного урана в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (22 стр., 254 K,
    Апрель 2014,
    402-R-14-005)

    Этот метод основан на использовании смол для экстракционной хроматографии для выделения и очистки изотопов урана путем удаления мешающих радионуклидов, а также других компонентов матрицы с целью подготовки фракции урана для подсчета с помощью альфа-спектрометрии.

  • Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (32 стр, 191 K,
    Апрель 2014,
    402-R-14-004)

    Метод основан на быстром плавлении репрезентативной аликванты тонкоизмельченной 1–1,5 г с использованием быстрого плавления гидроксида натрия при 600 ° C. Pu, U и Am отделяют от щелочной матрицы с использованием осаждения гидроксида железа / титана (усиленного осаждением фосфата кальция) с последующей стадией удаления матрицы фторида лантана.

  • Валидация быстрого радиохимического метода для Am-241 в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (77 стр., 732 K,
    Сентябрь 2014 г.,
    402-R-14-008)

    В этом отчете представлена ​​сводка результатов процесса проверки метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод для Pu-238 и Pu-239/240 в строительных материалах для восстановления окружающей среды После радиологических инцидентов.

  • Валидация быстрого радиохимического метода определения Pu-238 и Pu-239/240 в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (76 стр, 707 K,
    Сентябрь 2014 г.,
    204-R-14-009)

    В этом отчете представлена ​​сводка результатов процесса проверки метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод для Pu-238 и Pu-239/240 в строительных материалах для восстановления окружающей среды После радиологических инцидентов.

  • Валидация быстрого радиохимического метода определения содержания радия-226 в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (94 стр., 861 K,
    Сентябрь 2014 г.,
    402-R-14-010)

    В этом отчете представлена ​​сводка результатов процесса проверки метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод для Ra-226 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.

  • Валидация быстрого радиохимического метода определения общего радиостронция (Sr-90) в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (89 стр., 819 K,
    Сентябрь 2014 г.,
    402-R-14-011)

    В этом отчете приводится краткое изложение результатов процесса валидации двух методов: быстрого метода сплавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрого радиохимического анализа. Метод определения общего радиостронция (Sr-90) в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.

  • Валидация быстрого радиохимического метода определения изотопного урана в образцах кирпича для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (83 стр., 817 K,
    Сентябрь 2014 г.,
    402-R-14-012)

    В этом отчете представлена ​​сводка результатов процесса проверки метода для комбинации двух методов; Быстрый метод плавления гидроксида натрия бетонных и кирпичных матриц до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов и быстрый радиохимический метод для изотопного урана в кирпиче для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.

  • Асфальтовые матрицы до анализов америция, плутония, стронция, радия и урана (PDF) (29 стр., 424 K,
    Мая 2017,
    EPA 402-R-16-001)

    Метод применим для плавления образцов асфальта с гидроксидом натрия (NaOH) перед процедурами химического разделения. Этот общий метод применяется к образцам асфальта, взятым после радиологического или ядерного инцидента.

  • Быстрый метод плавления с гидроксидом натрия матриц асфальтовых кровельных материалов перед анализами америция, плутония, стронция, радия и урана (PDF) (29 стр., 336 K,
    Мая 2017,
    EPA 402-R-16-003)

    Метод применим для плавления образцов асфальтового кровельного материала с гидроксидом натрия (NaOH) перед процедурами химического разделения.Этот общий метод применяется к образцам кровельного асфальта, собранным после радиологического или ядерного инцидента.

  • Быстрый радиохимический метод определения калифорния-252 в воде, фильтрах твердых частиц в воздухе, очистителях и почвах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (48 стр., 5 МБ,
    Мая 2017,
    EPA 402-S17-003)

    Этот метод позволяет определять калифорний-252 (252Cf) в воде, фильтрах твердых частиц, смывах и пробах почвы.В этом методе используется индикатор америций-243 (243Am) в качестве основы для количественного определения 252Cf и в качестве радиохимического монитора выхода.

  • Улучшенный быстрый радиохимический метод определения радия-226 в строительных материалах для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (31 стр., 716 K,
    Мая 2017,
    EPA 402-S17-002)

    В этом методе используются улучшенные методы быстрого радиохимического разделения для определения изотопов 226Ra в таких строительных материалах, как асфальт, черепица, известняк и гранит, после ядерных или радиологических инцидентов.Этот метод является более короткой и новой альтернативой быстрому радиохимическому методу для определения радия-226 в кирпиче и бетоне для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов.

  • Быстрый радиохимический метод для кюрия-244 в фильтрах твердых частиц воздуха, смывах и почве для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (38 стр., 816 K,
    Мая 2017,
    EPA 402-S17-004)

    Этот метод обеспечивает быстрое определение кюрия-244 (244Cm) в воздушных фильтрах твердых частиц, мазках и пробах почвы.В этом методе используется индикатор америций-243 (243Am) в качестве основы для количественной оценки 244Cm и в качестве монитора урожайности.

  • Быстрый радиохимический метод определения содержания кюрия-244 в пробах воды для восстановления окружающей среды после радиологических инцидентов (PDF) (23 стр., 698 K,
    Мая 2017,
    EPA 402-S17-001)

    Этот метод обеспечивает быстрое определение 244Cm в пробах воды. В этом методе используются методы радиохимического разделения для быстрого выделения кюрия из водной матрицы с использованием трассера 243Am в качестве монитора выхода.

Frontiers | Субклеточное нацеливание тераностических радионуклидов

Введение

Способность фармакона выборочно находить свою биологическую мишень является важным фактором, определяющим его полезность в клинической медицине. Многие фармакологически активные вещества имеют внутриклеточные молекулярные мишени, которые находятся в органеллах (D’Souza and Weissig, 2009). Носители, которые селективно нацелены на эти субклеточные структуры, были тщательно исследованы и включают носители лекарств в виде микро- или наночастиц, липосомные препараты, макромолекулярные конъюгаты лекарственных средств и химически модифицированные белки (Rajendran et al., 2010). Одной из областей, в которой субклеточное нацеливание было относительно неизученным, но способным оказать глубокое влияние, является таргетная радионуклидная терапия (ТРТ).

Нацеленная радионуклидная терапия — это метод лечения, который включает использование конъюгированных с радионуклидами специфичных для рака векторов, таких как небольшие молекулы, пептиды, антитела и наночастицы, для избирательной доставки излучения к опухоли. Соединения TRT часто разрабатываются как тераностические средства; так что в сочетании с подходящими радионуклидами их можно использовать для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ).Большой объем доказательств, накопленных за несколько десятилетий, свидетельствует о том, что ТЗТ является эффективной противораковой стратегией (Jackson et al., 2013; Pouget et al., 2015; Aghevlian et al., 2017). Яркие примеры включают лечение лимфомы [иттрий-90 ( 90 Y) -ибритумомаб тиуксетан], нейробластомы [йод-131 ( 131 I) -MIBG] и рака простаты [дихлорид радия-223 ( 223 RaCl 2 )] (Larson et al., 2015; Gill et al., 2017). Успех исследования NETTER-1 с лютецием-177 ( 177 Lu) -DOTATATE у пациентов с нейроэндокринными опухолями средней кишки (Strosberg et al., 2017), а многообещающие результаты лечения лигандом 177 Lu-простатспецифического мембранного антигена ( 177 Lu-PSMA) у пациентов с раком простаты (von Eyben et al., 2018) придали этой области дополнительный положительный импульс. . Однако остаются проблемы, включая гетерогенную экспрессию молекулярных мишеней, относящихся к TRT, неоптимальную доставку или проникновение опухоли и радиорезистентность. Последняя характеристика означает, что для многих солидных опухолей для уничтожения опухоли должна быть достигнута в 5-10 раз более высокая поглощенная доза излучения по сравнению с гематологическими злокачественными новообразованиями (Pouget et al., 2011). Было протестировано несколько стратегий повышения противоопухолевой эффективности ЗТТ. Один из вариантов — разработать радиофармацевтические препараты, которые специально нацелены на радиочувствительные органеллы, чтобы повысить вероятность гибели клеток (Aghevlian et al., 2017). Как правило, в этом контексте используются радионуклиды, которые излучают короткодействующие оже-электроны (АЭ) из-за их сильно локализованного дозового осаждения. Примечательно, что распад нескольких широко используемых β-излучающих терапевтических радионуклидов включает значительный вклад в АЭ, вызывая, таким образом, как локальные, так и отдаленные радиотоксические эффекты за счет АЭ и β-электронов, соответственно (Falzone et al., 2015). Субклеточное нацеливание этих радионуклидов может быть выгодным, поскольку АЕ вызывают локальное повреждение целевого компартмента. Даже для высокоэнергетических альфа-излучателей ближнего действия эффекты субклеточной локализации могут влиять на цитотоксичность дочерних продуктов ближнего действия. Следовательно, лучшее понимание субклеточного распределения радионуклидов может привести к оптимизации TRT. За последнее десятилетие было протестировано несколько стратегий субклеточной доставки, включая ядерную, митохондриальную, клеточную мембрану и лизосомную доставку.Этот обзор сфокусирован на взаимосвязи между длиной пути выброса радионуклидов, субклеточным нацеливанием и радиационно-индуцированным уничтожением клеток. Чтобы понять важность субклеточного нацеливания в TRT, будут рассмотрены основные радиобиологические концепции. Рассмотрены методы, используемые для исследования субклеточного распределения радионуклидов, и оценены результаты доклинических и клинических исследований, направленных на изучение органелл-направленной TRT.

Радиобиология целевой радионуклидной терапии

Свойства радионуклидов

Радионуклиды — это нестабильные атомные ядра, которые выделяют энергию за счет излучения твердых частиц в форме α-частиц, β-частиц или АЭ, а также электромагнитного излучения в форме рентгеновских или γ-лучей.Их действие описывается их линейной передачей энергии (ЛПЭ), которая представляет собой количество энергии, которое ионизирующая частица вкладывает в вещество на единицу расстояния. Радионуклиды широко используются в диагностических и терапевтических целях при лечении рака. β-излучающие электроны радионуклиды, также известные как β-излучатели, исторически были наиболее часто используемым классом радионуклидов в терапевтических условиях. β-излучатели выделяют электроны со средней энергией в диапазоне примерно 0,2–1,0 МэВ, в результате чего длина пути трека с диапазоном приближения непрерывного замедления (CSDA) в воде составляет до 12 мм.Как следствие, ЛПЭ β-излучателей мала (<1 кэВ / мкм; Kassis, 2004). С клинической разработкой 223 RaCl 2 за последнее десятилетие, альфа-излучатели сейчас интенсивно изучаются для различных применений. α-излучатели распадаются, высвобождая ядра гелия, известные как α-частицы, с энергией от 5 до 9 МэВ на промежуточном пути пути в воде (50–100 мкм), что приводит к высокой ЛПЭ для облученных клеток (50–230 мкм). кэВ / мкм; Pouget et al., 2015). АЭ, которые представляют особый интерес в контексте субклеточного нацеливания, выбрасываются из электронных оболочек в результате процесса, называемого внутренней атомной ионизацией.Этот процесс является результатом режимов ядерного распада, которые сильно взаимодействуют с атомными оболочками, таких как захват электронов или внутреннее преобразование. Большинство АЭ имеют низкую энергию (<5 кэВ) и очень ограниченную глубину проникновения в ткань (<1 мкм), что приводит к высокой ЛПЭ (4–26 кэВ / мкм; Lee et al., 2015). Важно отметить, что большинство радионуклидов испускают несколько типов излучения. Например, 177 Lu, который используется при лечении опухолей, положительных по рецепторам соматостатина ( 177 Lu-DOTATATE) и в нацеленном на рак простаты агенте, 177 Lu-PSMA, распадается за счет эмиссии как β- электроны и АЭ (Hindié et al., 2016). Кроме того, фотоны, испускаемые во время распада, могут быть обнаружены с помощью ОФЭКТ, что делает его подходящим радионуклидом для комбинированной терапии и диагностики (Uribe et al., 2017). В таблице 1 приведены характеристики распада нескольких радионуклидов, которые использовались или рассматривались для диагностики и терапии в клинике (Eckerman and Endo, 2007; Falzone et al., 2015).

ТАБЛИЦА 1. Свойства распада некоторых радионуклидов, используемых в диагностике и терапии.

Чтобы проиллюстрировать, как разные диапазоны этих частиц приводят к успешному субклеточному нацеливанию, соответствующая поглощенная доза на совокупную активность для различных радионуклидов сравнивается на рисунке 1.Большая часть энергии, связанной с АЭ, выделяется на расстоянии <1 мкм от точки распада. Примеры включают галлий-67 ( 67 Ga), технеций-99m ( 99m Tc), индий-111 ( 111 In) и йод-123 ( 123 I) (рисунок 1A). Синусоидальный профиль энерговыделения наблюдается для всех радионуклидов, излучающих АЭ, на первых 10 мкм от точки распада. Аналогичный профиль, хотя и менее выраженный, присутствует и для β-излучателей, т. Е. Для меди-67 ( 67 Cu), самария-153 ( 153 Sm), тербия-161 ( 161 Tb) и 177 Lu, так как они также излучают AE.При рассмотрении поглощенной дозы, полученной органеллами-мишенями внутри клетки, из рисунков 1B – D можно увидеть, что AE-излучатели значительно более эффективны, чем β-излучатели 67 Cu и 177 Lu для таких органелл, как митохондрии. Примечательно, что β-излучающий радионуклид 161 Tb выделяет более высокую дозу на рассматриваемом расстоянии, чем другие β-электронно-излучающие радионуклиды, что частично связано с высвобождением АЭ в каскаде распада. β-излучатели, с другой стороны, вносят большую поглощенную дозу, чем АЭ-излучатели, когда целевой объем больше, чем средняя ячейка (~ 20 мкм в диаметре).α-излучатели, такие как астатин-211 ( 211 At), доставляют наивысшую дозу в рассматриваемом диапазоне. При размерах, превышающих стандартный диаметр ячейки (20 мкм), 211 При доза, как минимум, на два порядка выше, чем у β- и АЭ-излучателей.

РИСУНОК 1. Энергия и выпадение доз различных радионуклидов. Профили энергии и распределения дозы различных радионуклидов в сферических водных объемах до 100 мкм в диаметре. Расчеты для электронов основаны на методе Монте-Карло, описанном Falzone et al.(2017). Вложение энергии α-частицами и отскакивающими дочерними ядрами получено из данных NIST (Berger et al., 2005) и SRIM (Ziegler et al., 2010), соответственно, и предполагается, что снаряд прямой. (A) Энергия, выделенная (эВ) в сферических оболочках толщиной 1 нм, как функция радиуса (мкм) от точечного источника. Профили энерговыделения демонстрируют синусоидальное поведение, за исключением α-эмиттера 211 At, из-за того, что АЭ, излучаемое разными атомными оболочками, останавливается на разных расстояниях.β-излучатели ( 67 Cu, 153 Sm, 161 Tb и 177 Lu) в конечном итоге обгоняют АЭ-излучатели через 10 мкм от точечного источника. 211 At выделяет по крайней мере на порядок более высокую энергию, чем другие радионуклиды для всего рассматриваемого диапазона. Его профиль энерговыделения довольно постоянен: от 0,3 мкм, когда все отдающиеся дочерние элементы останавливаются, до примерно 30 мкм, когда некоторые α-частицы, испускаемые из 211 вначале, замедляются и в конечном итоге останавливаются около 50 мкм. (B – D) Поглощенная доза в сферических объемах на совокупную активность (Гр / Бк / с) в зависимости от диаметра (мкм) с точечным источником в центре. АЭ-излучатели вносят значительно большую дозу, чем β-излучатели, которые имеют небольшой вклад АЭ ( 67 Cu и 177 Lu) в органеллах с диаметром менее 1 мкм. Для объемов, превышающих размер ячейки, β-излучатели более подходят для доставки желаемой дозы по всей области. Это подчеркивает необходимость нацеливания AE-излучателей на радиочувствительные субклеточные органеллы для ожидаемой терапевтической эффективности.Хотя 161 Tb является β-излучателем, его распад включает значительный вклад AE, поэтому субклеточное нацеливание с использованием этого радионуклида могло бы усилить его радиобиологический эффект. Профиль распределения дозы 211 At показывает, что он обеспечивает значительно более высокую физическую дозу в сферическом объеме диаметром менее 100 мкм, чем другие рассматриваемые радионуклиды.

Радиобиологические последствия радионуклидной терапии

Из-за своей низкой ЛПЭ и большой длины трека β-электроны вызывают разреженную ионизацию от десятков до сотен диаметров ячеек.Диапазон β-электронов означает, что вектор, несущий радионуклиды этого типа, может не нуждаться в достижении каждой опухолевой клетки для достижения желаемого противоопухолевого эффекта, поскольку нецелевые клетки могут быть повреждены из-за «эффекта перекрестного огня» (Pouget et al. др., 2015). Таким образом, успех этого типа терапии не зависит критически от однородного распределения радионуклидов в опухоли. С другой стороны, это также означает, что соседняя нормальная ткань может получить поглощенную токсичную дозу, тем самым ограничивая вводимое количество радиоактивности и, следовательно, дозу поглощенного излучения опухолью, которая может быть безопасно достигнута.Более того, ионизации низкой плотности, вызванной β-электронами, может быть недостаточно, чтобы вызвать гибель клеток, особенно в радиорезистентных клетках. Напротив, α-частицы проходят гораздо меньшее расстояние (примерно 5–10 диаметров клеток) и, в отличие от β-излучателей, сильно ионизируются и вызывают сложное непоправимое повреждение ДНК в клетках, через которые они проходят. Интригующим явлением для TRT с α-излучателями является диссоциация радионуклида от хелатирующей группы при распаде либо из-за измененной химии координации дочерних элементов в каскаде распада, либо из-за высокой энергии отдачи, генерируемой при испускании α-частиц.Отскочившие дочерние ядра часто сами являются α-излучателями, и это явление может привести к токсичности или желаемому цитотоксическому эффекту на дочерних участках распада, поскольку некоторые дочерние ядра являются долгоживущими и способны удаляться от клеток-мишеней, прежде чем они распадутся (Dekempeneer et al ., 2016; Акерман и др., 2018). Кроме того, эти отскочившие дочерние ядра имеют ЛПЭ, по крайней мере в 10 раз большую, чем у выброшенных α-частиц, и могут вносить значительный вклад в события ионизации в непосредственной близости от места распада (Kozempel et al., 2018). Чрезвычайная плотность событий ионизации, вызванных α-излучателями и их дочерними нуклидами, которые являются короткоживущими и распадаются рядом с местом распада родительского нуклида, могут быть использованы для терапевтического эффекта при TRT, если они направлены на определенные радиочувствительные клеточные компартменты. АЭ вызывают плотную ионизацию, но только в нанометровом масштабе. В результате радионуклиды относительно безвредны, если они не находятся в непосредственной близости от целевой радиочувствительной субклеточной структуры (Falzone et al., 2015). Эта характеристика может быть очень полезной для снижения побочных эффектов TRT, поскольку, в отличие от α- или β-частиц, нецелевые соседние клетки остаются незатронутыми излучением. Однако для того, чтобы радиофармпрепарат был эффективным в клетке-мишени, для достижения оптимального противоопухолевого эффекта радиофармацевтическим препаратом необходимо точное субклеточное нацеливание. Поскольку многие β-излучатели также испускают AE, их противоопухолевый эффект в клетках-мишенях может быть усилен, если к β-излучателям применяется точное субклеточное нацеливание.Примером этого является 161 Tb, β-излучатель, который излучает сравнимое количество АЭ со многими классическими излучателями АЭ.

Помимо целевых радиационных эффектов, TRT может также вызывать нецелевые эффекты, которые, как предполагается, являются результатом производства различных апоптотических факторов, цитокинов и активных форм кислорода (ROS). Это известно как «эффект свидетеля», вызывая нарушения в необлученных клетках, которые близки к облученным клеткам. Реакция стороннего наблюдателя наблюдается как для излучения с высокой ЛПЭ (α-частицы и АЭ), так и с низкой ЛПЭ (β-электроны) (Boyd et al., 2006). Тема эффекта свидетеля была недавно рассмотрена (Brady et al., 2013; Pouget et al., 2015).

Методы определения пространственного распределения радионуклидов

Для оценки потенциальной эффективности нового радионуклидного терапевтического средства важно получить информацию о пространственном распределении и распределении дозы облучения в соответствующих тканях и клетках. Одним из основных преимуществ TRT является возможность визуализировать распределение лекарств и нацеливание на опухоль у пациентов с помощью ПЭТ или ОФЭКТ.Изотопы, такие как 99m Tc, 111 In и 123 I, первоначально использовались для диагностических целей из-за испускания γ-лучей, и только позже рассматривались как потенциальные терапевтические средства в результате эффектов, излучающих АЭ ( Gomes et al., 2011). Клеточное нацеливание в основном было направлено на мембранные рецепторы из-за их обильной экспрессии и относительной доступности. Однако большинство потенциальных мишеней для раковых клеток находится внутриклеточно (Cornelissen, 2014). Следовательно, специфическое субклеточное нацеливание тераностических зондов может не только влиять на уничтожение раковых клеток, но и на визуализацию.Было описано несколько методов для выяснения субклеточного распределения радионуклидов (Puncher and Blower, 1994; Falzone et al., 2012; Mather, 2012; Kim et al., 2017). В этом разделе рассматриваются различные методы и дается краткое изложение основных преимуществ и ограничений (таблица 2).

ТАБЛИЦА 2. Преимущества и недостатки методов субклеточной локализации для радионуклидной терапии.

Анализы фракционирования

Одним из наиболее часто используемых методов определения локализации радионуклидов на субклеточном уровне является использование протоколов фракционирования для выделения субклеточных компонентов.Затем используется гамма-счетчик для обнаружения и количественной оценки количества радиоактивности, связанной с каждой фракцией. Клетки могут быть разрушены осмотическим шоком, ультразвуковой вибрацией, лизированы в блендере или выдавлены через тонкую иглу. Эти процедуры наносят ущерб целостности клеточной мембраны, включая эндоплазматический ретикулум (ER) и плазматическую мембрану, но оставляют важные органеллы, такие как ядро, митохондрии, пероксисомы и лизосомы, в значительной степени нетронутыми. Каждая органелла имеет различный размер, заряд и плотность, поэтому гомогенат можно разделить стадиями центрифугирования в разных буферах (Alberts et al., 2002). Когда эти фракции разделены и радиоактивное содержание измеряется с помощью гамма-счетчика, можно получить высококоличественные измерения относительного поглощения радионуклида в органеллах каждого типа. Несколько исследователей сообщили об использовании этого подхода, в том числе Chen et al. (2006), Зерешкян и др. (2014) и Нго Нджок Мбонг и др. (2015). Этот метод может использоваться для всех γ-излучающих радионуклидов, что делает его очень полезным методом в исследованиях TRT. Хотя этот метод отлично подходит для описания среднего внутриклеточного распределения радиоактивности для популяций клеток, подробная пространственная информация теряется.Кроме того, фракционирование и гамма-подсчет обеспечивают распределение в среднем по популяции и не принимают во внимание большие вариации поглощения между отдельными клетками.

Микроавторадиография

Микроавторадиография — это метод, который включает использование рентгеновских пленок, систем бета-визуализации, люминофорных пластин для визуализации или фото-ядерной эмульсии для обнаружения молекул с радиоактивной меткой. Его можно использовать для визуализации и количественного разделения соединений в тканях, клетках и субклеточных органеллах (Solon, 2015).Два метода имеют особое отношение к изучению локализации радиоактивно меченых лекарств в субклеточных структурах: электронная микроскопия — микроавторадиография (EM-MAR) (Paul et al., 1970) и авторадиография фоторезиста (PAR; Falzone et al., 2011).

Электронная микроскопия — микроавторадиография

EM-MAR — это метод, о котором сообщалось вскоре после разработки электронного микроскопа Ликье-Милвардом (1956), позволяющее визуализировать субклеточное распределение излучения частиц с короткой длиной дорожки, такого как AE.EM-MAR включает воздействие на культивируемые клетки или вырезанные ткани радиоактивно меченными соединениями с последующей подготовкой материала для передачи EM. После монтажа секций на медные сетки в темном помещении наносят мелкозернистую фотографическую эмульсию на основе бромида серебра. Кристаллы бромида серебра в эмульсии могут быть восстановлены под действием излучения, и после воздействия в течение подходящего периода времени решетки проявляются фотографически, что приводит к превращению восстановленных кристаллов в маленькие черные зерна.Положение этих зерен соответствует локализации радиоактивно меченных лекарств в исходном образце и может дать количественное изображение при измерении с помощью ЭМ. Высокое пространственное разрешение микроскопа является отличным средством визуализации радионуклидов в субклеточных компартментах (Solon, 2015). Rind et al. (2005) использовали эту технику для измерения судьбы ретроградного транспорта 125 I-меченых трофических факторов в подъязычных мотонейронах новорожденных крыс и смогли визуализировать отдельные зерна в эндосомах, лизосомах и аппарате Гольджи (Рисунок 2).Образование зерен происходит, когда эмульсия вступает в контакт с АЭ, и поэтому может использоваться с радионуклидами, излучающими АЭ, такими как 111 In, 125 I и 67 Ga (Puncher and Blower, 1994). Несмотря на преимущества, методика используется крайне редко, что можно объяснить в основном длительным временем обработки (до нескольких недель), появлением артефактов серебряного зерна, затрудняющих интерпретацию результатов, а также сложностью и узкоспециализированными методами, необходимыми для разработки сетки ПЭМ (Солон, 2015).

РИСУНОК 2. Электронная микроскопия — микроавторадиография радионуклидов в субклеточных компартментах. EM-MAR изображения подъязычных мотонейронов, обработанных ретроградно переносимыми трофическими факторами, меченными 125 I. Местоположение радионуклида определяется по образованию зерен серебра. (A) 125 I-меченный нейротрофический фактор линии глиальных клеток (GDNF) в светлой эндосоме (стрелка). (B) 125 I-меченый нейротрофический фактор мозга (BDNF) в плотной эндосоме (стрелка). (C) 125 I-меченый CT-1 в лизосоме (стрелка). (D) 125 I-меченый GDNF в сильно меченом мультивезикулярном теле (MVB). (E) 125 I-меченный GDNF в эндоплазматическом ретикулуме. (F) 125 I-меченный GDNF в аппарате Гольджи с пузырьками, ассоциированными с Гольджи (G) (стрелки). Масштабные полосы представляют 500 нм. Источник: Rind et al. (2005). Воспроизведено с разрешения Journal of Neuroscience. Авторское право: Общество неврологии.

Фоторезист Авторадиография

Недавно мы разработали авторадиографический метод PAR (Falzone et al., 2011, 2012; Royle et al., 2015, 2016), основанный на литографии фоторезиста, которая берет свое начало в интегрированной электронике (Рисунок 3; del Campo and Arzt, 2008 г.). Этот тип литографии основан на воздействии на светочувствительный полимер конъюгатов АЭ-излучающих радионуклидов и векторов, таких как 111 In-hEGF, что приводит к картине распределения радионуклида, вытравливаемой на полимерной пленке (Royle et al. al., 2015). Атомно-силовой микроскоп (АСМ) используется для считывания трехмерного рисунка в резисте, который может использоваться для определения дозы облучения и локализации на одноклеточном или субклеточном уровне. Пространственное разрешение выше, чем у микроавторадиографии, что дает возможность количественно оценить распределение радионуклидов в нанометровом масштабе. Эта подробная пространственная информация позволяет создать карту поглощенной дозы излучения в наномасштабе. Типичный эксперимент включает воздействие на раковые клетки фармакона, радиоактивно меченного с использованием изотопа, излучающего АЭ.После экспонирования клетки промывают и сушат на воздухе. Перевёрнутый фоторезист помещается непосредственно поверх клеток и инкубируется в течение времени, примерно равного четырем периодам полураспада конкретного исследуемого радионуклида, что позволяет испускаемому АЭ создавать изображения с пространственным разрешением в полиметилметакрилате (ПММА). Изображения преобразуются в структуру ямок после химического проявления, которую можно измерить после получения изображений АСМ.

РИСУНОК 3. Метод авторадиографии фоторезиста. (A) Калибровка электронного луча: (i) 5 × 5 мкм 2 паттернов различной плотности энергии, падающих на подложку из ПММА (показан лазер, отражающийся от зонда АСМ). (ii) АСМ-изображение элемента электронного пучка 5 мкм × 5 мкм. (iii) Линейное сканирование, связывающее глубину с флюенсом электронов. (B) Модельная система, состоящая из 111 In-DTPA радиоактивно меченных микросфер: (i) оптическое изображение, показывающее плотную упаковку микросфер на поверхности PMMA, (ii) AFM контур через изображение микросферы с радиоактивной меткой шаблон и (iii) 3-D сгенерированный профиль элемента AFM. (C) Резист подвергается воздействию обработанных радионуклидом клеток и изолированных ядер клеток с последующим удалением биологического материала и химическим проявлением резиста и анализом рисунка с помощью АСМ. (D) Демонстрация PAR с использованием 111 In-DTPA-hEGF клеток: (i) оптическое изображение обработанных радионуклидом клеток SQ20B (плоскоклеточная карцинома головы и шеи), (ii) изображение АСМ 111 Образец клеток, обработанных In-DTPA-hEGF, и (iii) трехмерный график АСМ-изображения ядра клетки, связывающий глубину локального рисунка с локальной плотностью энергии на основе калибровки электронного луча.

Наноразмерная масс-спектрометрия вторичных ионов

Наноразмерная масс-спектрометрия вторичных ионов (NanoSIMS) — это недавняя разработка в технологии SIMS, которая используется для изображения пространственного распределения элементов, таких как радионуклиды, в биологических и небиологических образцах. NanoSIMS сочетает в себе одновременное обнаружение тяжелых и легких элементов с отличным пространственным разрешением (50 нм; Wedlock et al., 2013). Подробное описание метода дано другими (Jiang et al., 2016; Nuñez et al., 2017). Вкратце, в этом методе пучок ионов высокой энергии (Cs + ) направляют через поверхность образца ячейки, вызывая распыление атомов из самых верхних монослоев и приводя к генерации отрицательных вторичных ионов. Эти ионы сортируются по массе и используются для создания карты поверхности образца, которая показывает распределение выбранных видов ионов. Изображения создаются параллельно из одного и того же распыляемого объема, что позволяет им точно совмещать друг друга, что необходимо для получения количественных изображений (Lechene et al., 2006). Количественные массовые изображения содержат количество отсчетов в каждом пикселе для каждой выбранной атомной массы, которая прямо пропорциональна количеству образца в конкретном субклеточном местоположении. Высокое разрешение по массе облегчает одновременное обнаружение внутриклеточного распределения нескольких изотопов одного и того же элемента, что позволяет получить значимые соотношения изотопов. В случае радионуклидов соотношение, превышающее естественное содержание образца, которое почти во всех случаях очень низкое, указывает на субклеточное расположение и относительный избыток.Высокая стабильность первичного пучка, масс-спектрометра, детекторов и ионной оптики обеспечивает точные измерения образца. Способность обнаруживать как стабильные, так и радиоактивные изотопы с высоким разрешением делает этот метод мощным для идентификации внутриклеточного распределения практически всех типов радионуклидов (Lechene et al., 2006). Недостатками метода являются дорогостоящая, специализированная и трудоемкая подготовка образцов, а также его абляционный характер, что означает, что этот метод не подходит для визуализации живых клеток (Gao et al., 2016).

Радиолюминесцентная микроскопия

Радиолюминесцентная микроскопия — это недавно разработанный метод, который может обеспечить количественные измерения переноса β-излучающих радионуклидов на уровне отдельной живой клетки (Рисунок 4; Pratx et al., 2012). Радиолюминесцентная микроскопия основана на использовании сцинтилляционного кристалла в непосредственной близости от клеток. Этот кристалл мигает каждый раз, когда β-частица или позитрон испускаются из нижележащей ячейки. Отдельные вспышки можно записывать, чтобы выявить распределение радиоактивно меченных зондов в отдельных клетках.Метод может быть использован качественно, используя длинную экспозицию (30–300 с) и интегрируя оптические сигналы многих захваченных распадов в приблизительное изображение, или количественно, получая множество кадров камеры с короткой выдержкой (0,01–0,1 с). Последнее требует покадровой обработки для определения точного местоположения отдельных событий распада, которые можно подсчитать в цифровом виде и создать в составном изображении (Kim et al., 2017). Этот метод был впервые предложен группой Pratx, которая использовала его в нескольких приложениях, в том числе для обнаружения 18 F-фтордезоксиглюкозы (FDG; Pratx et al., 2012) и ритуксимаб, меченный 64 Cu и 89 Zr (Natarajan et al., 2015). Хотя этот метод не обеспечивает превосходного пространственного разрешения EM-MAR, он дает возможность визуализировать и количественно оценить (суб) клеточное распределение радионуклидов в живых клетках.

РИСУНОК 4. Радиолюминесцентная микроскопия. (A) Эмиссия внутриклеточного радионуклида может быть обнаружена как радиолюминесценция с помощью сцинтилляционной пластины (желтое свечение).Оптические фотоны улавливаются объективом с высокой числовой апертурой, соединенным с камерой EM-CCD с глубоким охлаждением. Параллельная флуоресценция и светлопольная микроскопия возможны благодаря фильтрам излучения и возбуждения, используемым в сочетании с источником света. (B) Сцинтилляторный планшет, погруженный в культуральную среду в чашке со стеклянным дном, помещается в инвертированный микроскоп. (C) Три клетки HeLa, экспрессирующие GFP, были визуализированы с использованием флуоресцентной микроскопии. (D) После инкубации с 18 F-FDG сигнал фокальной радиолюминесценции совпадал с сигналом флуоресценции. (E) Пример радиолюминесцентной микроскопии. Клетки MDA-MB-231 инкубировали в течение 1 ч с 18 F-FDG и флуоресцентным 2-NBDG. Изображение светлого поля (масштабная линейка, 100 мкм), микрофотографии радиолюминесценции (FDG) и флуоресценции (2-NBDG). Наложение показывает совмещенную радиолюминесценцию (зеленый) и флуоресценцию (красный). Источник: Pratx et al. (2012). Адаптировано и воспроизведено с разрешения PLoS One .

Микродозиметры

α-камера, впервые описанная Бэком и Якобссоном (2010), сочетает авторадиографию со сцинтилляционной техникой и оптической регистрацией с использованием устройства с зарядовой связью (ПЗС).Он измеряет распределение активности излучателей α-частиц с высоким разрешением (≤35 мкм) вплоть до масштаба, приближающегося к клеточному уровню, благодаря короткой длине пути α-частиц. Кроме того, интенсивность пикселей линейно связана с активностью, что позволяет проводить количественный анализ отображаемой ткани. Chouin et al. (2013) использовали α-камеру для обнаружения и измерения радиоиммуноконъюгата 211 At, который вводили мышам с микрометастазами рака яичников.Визуализация с помощью α-камеры показала высокое поглощение и удерживание на поверхности опухоли, и, измеряя уровень активности и количество кластеров опухолевых клеток, можно было рассчитать оценки доз для микрометастазов.

Другой микродозиметр, Timepix, использует преимущества последних достижений в области комплементарной технологии металл-оксид-полупроводник (CMOS) для создания интегральных схем (Llopart et al., 2007). Timepix состоит из кремниевого полупроводникового слоя, разделенного на массив пикселей, которые прикреплены неровностями к интегрированному электронному слою.Каждый пиксель подключен к отдельному чувствительному к заряду предусилителю, дискриминатору, счетчику и 4-битному цифро-аналоговому преобразователю (ЦАП) для регулировки порога напряжения (Llopart et al., 2007; Rügheimer et al., 2008 г.). Timepix непосредственно измеряет энерговыделение заряженных частиц и фотонов в реальном времени (Campbell et al., 2007). Его полезность при обнаружении β-частиц в образце углерода-14 ( 14 C) показала, что Timepix был высокочувствительным с минимальной обнаруживаемой активностью 0.0077 Бк и с пространственным разрешением 76,9 мкм на полную ширину на полувысоте (FWHM; Esposito et al., 2011a, b). В другом исследовании Timepix был использован для измерения выбросов α-частиц в срезах опухолей мышей, получавших химиотерапию и радиоактивно меченное мышиное моноклональное антитело DAB4 [торий-227 ( 227 Th) -APOMAB] (Darwish et al., 2015). Результаты показали, что выбросы α-частиц можно визуализировать и количественно оценить с помощью детектора (Miller, 2018).

Комбинированные методы

Рентгенографические методы и методы фракционирования, описанные выше, сами по себе могут дать ценную информацию о субклеточном распределении радионуклидов, но при их сочетании можно получить дополнительную информацию.Например, пространственная картина отложения радионуклидов внутри клеток, полученная с помощью EM-MAR, может быть объединена с измерениями радиоактивности из анализов фракционирования, чтобы позволить исследователю создать точную количественную карту распределения радионуклидов. Другой вариант — объединить анализ обнаружения радиоактивности с нерадиоактивным анализом, таким как конфокальная микроскопия или NanoSIMS (Rbah-Vidal et al., 2017). В одном примере пространственное разрешение конфокальной микроскопии было объединено с анализами количественного фракционирования для определения субклеточного распределения Cy3- или 111 In-меченного зонда, нацеленного на γh3AX (Cornelissen et al., 2011). Другой пример был представлен Gill et al. (2018), которые оценили внутриклеточную локализацию 111 In-меченных, EGF-меченных, нагруженных рутением наночастиц PLGA с помощью анализа фракционирования. Используя свойства «переключателя света» соединения рутения с переносом заряда металл-лиганд (MLCT), которые вызывают большое увеличение интенсивности излучения фотонов при связывании с ДНК, можно было показать, что большинство наночастиц осталось в цитозоле клетки, тогда как рутений также был обнаружен в ядре; открытие подтверждено анализом ICP-MS (масс-спектроскопия с индуктивно связанной плазмой).

Субклеточные мишени для радионуклидной терапии

Ядро

Частичное ионизирующее излучение может повредить биомолекулы посредством реакций одноэлектронного окисления, «прямого воздействия» или путем образования ROS, включая супероксидные радикалы (O 2 ) и пероксид водорода (H 2 O 2 ), которые образуют предшественники повреждающих гидроксильных радикалов (· OH), «косвенный эффект» (Pouget et al., 2015). Первичной мишенью ионизирующего излучения является ядерная ДНК (рис. 5).Облучение ядра частицами может повредить ДНК косвенно через радиолиз воды или непосредственно за счет одноэлектронного окисления. Эти процессы могут привести к одноцепочечным и двухцепочечным разрывам ДНК (DSB), а также к перекрестным связям ДНК и повреждению оснований ДНК. Если это повреждение не восстанавливается, запускается гибель клеток в результате митотической катастрофы или апоптоза (Pouget et al., 2015). Следовательно, чтобы использовать оптимальный эффект TRT, специфическое для рака ядерное нацеливание представляет интерес для исследовательского сообщества. Несколько исследователей разработали подходы, позволяющие приблизить радионуклиды к ДНК раковых клеток.Стратегии включают прямое нацеливание на ДНК, рецепторы половых стероидов (SSR; андроген, эстроген) и рецепторы поверхности клеток, переносящих ядерный транспорт (EGFR, HER2). Более того, субъядерное нацеливание достигается путем связывания ядерных белков (γh3AX, теломераза) и ядрышка (Cornelissen, 2014). В следующем разделе суммируются последние достижения в области нацеливания на субклеточные компартменты (Таблица 3).

РИСУНОК 5. Субклеточные мишени излучающих электроны тераностических радионуклидов Оже.Стратегии достижения внутриклеточных мишеней можно в широком смысле разделить на радиолиганды, которые диффундируют через клеточную мембрану посредством пассивного / активного транспорта (1) или связываются с рецепторами клеточных мембран. Комплексы мембранный рецептор-радиолиганд могут интернализоваться через эндоцитарные пути (2) или оставаться связанными с поверхностью (3), повреждая клеточную мембрану за счет образования гидроксильных радикалов (см. Текст для дальнейшего объяснения). Эндоцитозированный радиолиганд-рецептор может продолжать повреждать эндосомы (4), а некоторые радиолиганды могут избежать захвата эндосомами (5).Цитозольные радиолиганды могут иметь разные судьбы и мишени. В подходах используются радиолиганды, которые могут связывать ядерные белки, такие как γh3AX или теломераза (6), или которые могут напрямую взаимодействовать с ДНК (7). Некоторые стратегии радиолиганда включают нацеливание на SSR (8), который может попасть в ядро ​​раковой клетки и вызвать повреждение. Недавно исследованная судьба — это нацеливание на митохондрии (9), которое может приводить к повреждению митохондриальной ДНК и возникновению окислительного стресса, что приводит к индуцированному митохондриями апоптозу.Эндосомное ускользание может также происходить для комплексов рецептор-радиолиганд, которые могут перемещаться в ядро, как было обнаружено при нацеливании на семейство EGFR (10). Большинство комплексов не могут покинуть эндосомы и выводятся из клетки через большие эндосомные / лизосомальные пузырьки. Будучи обработанными, радионуклиды могут продолжать повреждать эндосомные везикулы и облучать геномную ДНК в случае излучателей радионуклидов с длинными путями, таких как 177 Lu- / 225 Ac-PSMA или 177 Lu-DOTATATE) ( 11).

ТАБЛИЦА 3. Примеры радиофармацевтических препаратов, нацеленных на субклеточные компартменты.

ДНК-связывающие агенты

Небольшие молекулы способны связывать ДНК с помощью ряда ковалентных и нековалентных способов связывания и представляют собой один из наиболее хорошо изученных классов противораковых агентов. Кроме того, многие из них действуют как флуоресцентные красители для ДНК и, таким образом, предоставляют удобные средства для получения информации о внутриклеточной локализации. Эффект AE-излучателей на выживаемость клеток был сначала изучен с помощью молекул, которые могут быть включены в ДНК, таких как 125 I-UDR.Эти исследования предоставили ценные знания, которые пролили свет на обратную взаимосвязь между расстоянием от источника AE до ДНК и повреждением ДНК и гибелью клеток (Kortylewicz et al., 2012). С тех пор было предложено несколько низкомолекулярных интеркаляторов ДНК в качестве ядерных нацеленных агентов для AE-излучающих радионуклидов, таких как радиоактивно меченные производные акридинового апельсина (Pereira et al., 2017), пирен (Häfliger et al., 2005; Reissig et al. ., 2016), доксорубицин (Imstepf et al., 2015) и даунорубицин (Fondell et al., 2011). Акридиновый апельсин — проницаемая для клеток молекула, обладающая противораковыми и радиосенсибилизирующими свойствами. Pereira et al. (2017) пометили несколько аналогов с AE-излучателями 99m Tc и 125 I и продемонстрировали, что оба соединения находятся в ядре, что приводит к увеличению количества DSB. Группа Альберто исследовала влияние конъюгатов 99m Tc-меченных пирен-NLS (пептид SV40 NLS) на выживаемость клеток и обнаружила, что эти соединения проявляют эффект повреждения ДНК, что приводит к митотической катастрофе (Haefliger et al., 2005). Reissig et al. (2016) синтезировали родственные пиреновые конструкции с 99m Tc-меченными алкиновыми группами переменной длины. В бесклеточных исследованиях они показали уменьшение повреждений ДНК при увеличении расстояния между интеркалирующими фрагментами с 0,3 до 1,5 нм, что ясно демонстрирует необходимость тесной ассоциации с молекулами ДНК для образования повреждений ДНК, генерируемых АЕ. Аналогичным образом Kotzerke et al. (2014) меченный радиоактивным изотопом DAPI, связующее с двумя бороздками, интеркалятор и обычно используемый краситель ДНК, с 99m Tc.В связанной работе антрациклин доксорубицин, широко используемый ингибитор топоизомеразы II и химиотерапевтический препарат, интеркалирующий ДНК, был конъюгирован с 99m Tc для повышения его эффективности и диагностического потенциала (Imstepf et al., 2015). Было показано, что конъюгат легко поглощается ядром, вызывает обширное повреждение ДНК и демонстрирует дозозависимое снижение выживаемости клеток в нескольких линиях раковых клеток. Дальнейшая характеристика с помощью ОФЭКТ на голых мышах показала, что 99m Tc-меченный доксорубицин имел фармакокинетический профиль, аналогичный немеченому доксорубицину, но дополнительных исследований эффективности in vivo не проводилось.Fondell et al. (2011) разработали 125 I-меченный вариант другого антрациклина, даунорубицина, и инкапсулировали его в липосомах, нацеленных на HER2. Этот состав с двойной доставкой, в котором нацеливание на HER2 используется для специфичности рака, а нацеливание на ДНК, чтобы приблизить AE-излучатель к его мишени, привело к высокому клеточному поглощению и значительному дозозависимому снижению выживаемости клеток. Дополнительным вариантом, который был исследован для нацеливания на ДНК раковых клеток, является использование триплекс-образующих олигонуклеотидов (TFO), сайт-специфических молекул, которые связываются с большой бороздкой дуплексной ДНК с образованием триплексной спирали.В нескольких исследованиях Dahmen и Kriehuber (2012) и Dahmen et al. (2016, 2017) продемонстрировали, что TFO могут быть легко помечены радионуклидами, такими как 125 I и 111 In, и что эти конъюгаты могут вызывать сайт-специфичные и специфичные для последовательности повреждения ДНК в раковых клетках.

Агенты нацеливания на ядерные белки

Ядро не только содержит ДНК, но и содержит множество белков, которые необходимы для экспрессии и целостности генома (Cornelissen, 2014). Нацеливание на эти белки можно использовать в TRT.Одним из примеров является разработка антитела, меченного 111 In, против γh3AX, фосфорилированного продукта h3AX, который образует фокусы высокой плотности вокруг DSB ДНК. Cornelissen et al. (2012, 2013) продемонстрировали, что конъюгация анти-γh3AX с проникающим в клетки пептидом Tat, который происходит из вируса иммунодефицита человека и содержит последовательность ядерной локализации (NLS), приводит к увеличению клеточного и ядерного захвата по сравнению с немодифицированным антитело. Повышенное поглощение радиоактивно меченного Tat-модифицированного антитела привело к дозозависимому снижению клоногенной выживаемости.Ингибирование роста опухоли наблюдалось у мышей с ксенотрансплантатом, в частности, когда опухоль была предварительно обработана внешним пучком излучения для индукции внутриопухолевой экспрессии γh3AX. Кроме того, разница в поглощении между опухолью и нормальной тканью была достаточно высокой, чтобы визуализировать участок опухоли с помощью ОФЭКТ, что указывает на потенциал этого радиоиммуноконъюгата как тераностического. Waghorn et al. (2017) сообщили об использовании 123 I-меченых низкомолекулярных ингибиторов теломеразы, рибонуклеопротеина, участвующего в удлинении теломер и бессмертии раковых клеток.Было показано, что 123 I-MST-312, производное флавоноидного эпикатехина, ингибирует теломеразу и имеет благоприятный характер поглощения и ядерного распределения, что приводит к теломеразному и радиоактивному дозозависимому снижению клоногенной выживаемости через 24 часа. лечения.

Целевые агенты для половых стероидных рецепторов

Рецепторы половых стероидов — это подкласс рецепторов стероидных гормонов, которые связывают андрогены, эстрогены и прогестагены. SSR играют ключевую роль в развитии и прогрессировании злокачественных новообразований, таких как рак простаты [рецептор андрогенов (AR; Heinlein and Chang, 2004) и рак груди (рецептор эстрогена (ER) / рецептор прогестерона (PR; Brisken, 2013; Turner) и другие., 2017]. Природные лиганды SSR проходят через клеточную мембрану путем простой или облегченной диффузии из-за своей липофильной природы. Как только молекулы интернализуются, они связываются с рецепторами в цитозоле или ядре, после чего эти комплексы рецептор-лиганд действуют как факторы транскрипции для различных генов. Из-за их ядерной локализации SSR используются в качестве мишеней для терапии с использованием источников излучения AE (Aranda and Pascual, 2001). Ранний эксперимент был проведен DeSombre et al. (1992), которые показали, что 123 I-меченные аналоги эстрогена приводят к значительному снижению клоногенной выживаемости ER-экспрессирующих клеток.DeSombre и другие впоследствии оценили различные радиоактивно меченные агенты для лечения рака, включая 123 I- и 111 In-меченые аналоги эстрогена и диэтилстильбоэстрола, нестероидного агониста ER (DeSombre et al., 2000; Yasui et al. ., 2001; Fischer et al., 2008; Vultos et al., 2017). Kortylewicz et al. (2012) разработали интересную гибридную молекулу, которая использует двойное AR-нацеливание и S-фазу специфического уничтожения клеток, связывая 5α-дигидротестостерон с 5-радиоийод-2′-дезоксиуридином.Они показали, что этот препарат изначально задерживается в цитоплазме, но через 24 часа связывается исключительно с ядерной ДНК. Относительно низкая доза радиоактивности привела к снижению клоногенной выживаемости в зависимости от экспрессии AR (Kortylewicz et al., 2012; Han et al., 2014).

Агенты нацеливания на рецепторы клеточной поверхности

Другой подход к нацеливанию ДНК — использование свойств ядерного транспорта рецепторов клеточной поверхности. Хотя это и не является доминирующим путем интернализации, некоторые рецепторы клеточной поверхности перемещаются в ядро ​​после связывания лиганда, где они могут действовать как факторы транскрипции.Особый интерес представляют члены семейства рецепторов эпидермального фактора роста человека (EGFR), которые содержат NLS в трансмембранной области. Исследователи, в частности группа Рейли, использовали эту концепцию для ядерного наведения на АЭ-излучатели (Aghevlian et al., 2017). Наиболее часто используемой мишенью является EGFR, который часто сверхэкспрессируется при раке и связан с плохим прогнозом. Неканонический ядерный перенос рецептора приводит к активации циклина D1 и NOS — функции, которая обеспечивается его NLS (RRRHIVRKRTLLR; Wang et al., 2010). Исследователи продемонстрировали эффективное клеточное и ядерное поглощение 111 In-меченных иммуноконъюгатов против EGFR с NLS-конъюгацией и без нее, что привело к эффективному уничтожению клеток и локализации в месте опухоли, как это было визуализировано с помощью SPECT в раке молочной железы с избыточной экспрессией EGFR MDA- Ксенотрансплантаты MB-468 (Fasih et al., 2012). Аналогичный эффект наблюдался для hEGF, меченного 111 In, который вызывал токсичность в клетках, экспрессирующих большое количество EGFR, но не в клетках с низким количеством EGFR (Cai et al., 2008). Как антитело (Quang and Brady, 2004), так и пептид (Vallis et al., 2014), нацеленные на EGFR, были переданы в фазу I клинических испытаний и показали способность размещаться в опухоли. Эта тема недавно была рассмотрена Aghevlian et al. (2017). Недавно исследователи попытались еще больше увеличить ядерную локализацию с помощью наночастиц, таких как наночастицы золота (Song et al., 2016) и модульные нанотранспортеры (MNTs; Koumarianou et al., 2014). В последней стратегии использовалась оригинальная наносистема, разработанная Гилязовой и др.(2006), состоящий из домена транслокации дифтерийного токсина (модуль выхода из эндосом), гемоглобиноподобного белка Escherichia coli (модуль-носитель), пептида NLS большого Т-антигена SV40 (ядерный импорт) и hEGF (лигандный модуль). ), и конструкция была помечена 67 Ga. Они показали превосходное поглощение и цитотоксичность по сравнению с 67 Ga-hEGF, что было приписано улучшенному удерживанию ядер. Этот MNT использовался с различными другими модулями лигандов (рецептор меланокортина и лиганды рецептора фолиевой кислоты) и радионуклидами ( 111 In, 125 I) (Slastnikova et al., 2012, 2017а, б), недавно был рассмотрен Соболевым (2018).

Второй член семейства EGFR, человеческий рецептор EGF 2 (HER2), также был исследован в качестве радиотераностической мишени. HER2 относительно медленно интернализуется и транспортируется в ядро ​​при связывании лигандов, таких как трастузумаб, благодаря своему NLS (KRRQQKIRKYTMRR; Giri et al., 2005). Группа Рейли широко использовала этот механизм в сочетании с АЭ-излучателем 111 In (Costantini et al., 2007, 2008).Они показали, что 111 In-trastuzumab вызывал значительную индукцию DSB ДНК и заметное снижение клоногенной выживаемости. Группа также использовала другие векторы, такие как нагруженные метотрексатом мицеллы блок-сополимера (BCM), конъюгированные с 111 In, NLS (CGYGPKKKRKVGG) и Fab-фрагменты трастузумаба. Важно отметить, что они показали, что конъюгация NLS привела к значительному увеличению ядерного захвата, что привело к улучшенному антипролиферативному эффекту по сравнению с BCM без NLS, подчеркнув важность субклеточного нацеливания на AE-излучатели (Hoang et al., 2012). Исследования D’Huyvetter et al. (2012, 2014, 2017) и Pruszynski et al. (2014) сосредоточились на разработке нанотел, фрагментов антител, полученных из Camelidiae, , которые являются стабильными, небольшими и исключительно специфичными для их мишени, HER2. Исследователи пометили эти нанотела различными радионуклидами, включая 125 I, 131 I или 177 Lu. Было показано, что 131 I-меченные нанотела обладают потенциалом в качестве тераностики за счет связывания и интернализации HER2-специфических раковых клеток, что приводит к значительному увеличению средней выживаемости у мышей с ксенотрансплантатом опухоли BT474 / M1 (D’Huyvetter et al., 2017).

Митохондрии

Хотя современная парадигма в радиобиологии утверждает, что ядерная ДНК является основной мишенью для ионизирующего излучения, недавние исследования предоставляют доказательства того, что внеядерное излучение также может оказывать пагубное влияние на жизнеспособность клеток. Митохондрии превратились в интересную, но относительно малоизученную внеядерную мишень. Циркулярная митохондриальная ДНК, как и геномная ДНК, чувствительна к повреждению, вызванному ионизирующим излучением. Помимо этого, некоторые исследователи предположили, что ионизирующее излучение может изменять функцию митохондрий, вызывать митохондриальный окислительный стресс и вызывать митохондриальный апоптоз (Kam and Banati, 2013).Элегантное исследование Yu et al. (2018) продемонстрировали эту концепцию с направленными на митохондрии нанокомплексами 177 Lu-порфирин-ПЭГ. Было показано, что эти наноконструкции, содержащие радионуклид 177 Lu и фотосенсибилизатор, вызывают повышение ROS и снижение жизнеспособности клеток, в частности, в сочетании с фотодинамической терапией. Лечение с фотодинамической терапией и без нее также привело к значительному снижению роста опухоли. Другие исследователи, такие как Maucksch et al.(2016) нашли косвенные доказательства такого эффекта. Они сравнили радиотоксичность трех фармаконов 99m Tc с различиями в субклеточном распределении и обнаружили, что клоногенная выживаемость не определялась исключительно ответом ДНК DSB. Поэтому они предположили, что наблюдаемое различие в клоногенной выживаемости трех векторов 99m Tc было результатом дифференциального накопления митохондрий.

Клеточная мембрана

Ионизирующее излучение разрушительно влияет на клеточную мембрану.Молекулы гидроксильных радикалов, образующиеся в результате облучения, могут атаковать остатки полиненасыщенных жирных кислот фосфолипидов, которые составляют клеточную мембрану, что приводит к образованию мутагенного малонового диальдегида и 4-гидроксиноненаля. Кроме того, известно, что ионизирующее излучение активирует кислую сфингомиелиназу, которая гидролизует сфингомиелин клеточной мембраны с образованием фосфорилхолина и церамида. Керамид является вторым посредником апоптоза клеток и необходим для образования липидных рафтов, которые представляют собой обогащенные церамидами платформы, содержащие сигнальные и транспортные белки, участвующие в передаче сигналов MAPK и устойчивой продукции ROS и активных форм азота (RNS) (Pouget et al., 2015). Группа Пуже опубликовала несколько работ, в которых они исследовали концепцию повреждения клеточной мембраны, вызванного радионуклидами (Pouget et al., 2008; Santoro et al., 2009; Paillas et al., 2016). В одном исследовании неинтернализирующееся моноклональное антитело 125 I против карциноэмбрионального антигена (CEA) сравнивали с интернализирующим антителом против EGFR. Было обнаружено, что интернализация не является предпосылкой для эффективного лечения с помощью эмиттеров AE in vitro и in vivo , что указывает на нецелевые эффекты ДНК (Pouget et al., 2008; Санторо и др., 2009). Paillas et al. (2016) расширили эту работу и продемонстрировали, что эффективность антитела, меченного 125 I, была связана с различными факторами, участвующими в стабильности липидных рафтов или влияющими на нее.

Эндосомы и лизосомы

Нацеливание на рецептор-опосредованный эндоцитоз с помощью векторов, направленных против рецепторов клеточных мембран, является стратегией, которая часто используется при TRT. Связывание агониста с его рецептором может привести к опосредованной клатрином интернализации через образование везикул плазматической мембраны.Эти везикулы обычно сливаются с ранними эндосомами и впоследствии сортируются для повторного использования, деградации с помощью лизосом или более специфической модификации в сети транс-Гольджи (TGN; Scott et al., 2014; Kaksonen and Roux, 2018). Интернализация комплекса рецептор-агонист дает возможность для длительного облучения клетки из-за удержания, а также преимущество близости к чувствительным органеллам, таким как ядро ​​и митохондрии. Продолжительность жизни конструкции в пути эндоцитоза может варьироваться между векторами.Например, комплексы EGF-EGFR разлагаются в течение 5 часов, тогда как для некоторых составов наночастиц могут потребоваться дни (Song et al., 2015; Dutta et al., 2016). Эти различия влияют на эффективность лечения и поэтому должны приниматься во внимание при выборе радионуклидов с подходящим периодом полураспада.

Две тщательно исследованные мишени TRT, PSMA и рецептор соматостатина, используют эту концепцию. PSMA — это трансмембранный гликопротеин, который часто сверхэкспрессируется при раке простаты.Различные радиоактивно меченные PSMA-связывающие пептиды и антитела были разработаны для диагностики и лечения, и было показано, что они интернализуются при ассоциации с рецептором. Нацеливание на PSMA с помощью 177 Lu-меченных лигандов было особенно успешным в клинике (Eiber et al., 2017), поскольку оно связано с относительно небольшим количеством побочных эффектов, высокой частотой объективных ответов опухоли и снижением специфичности простаты. уровень антигена (ПСА) (Rahbar et al., 2017). Совсем недавно было показано, что лечение 225 Ac-меченным PSMA-связывающим пептидом привело к контролю опухоли в когорте из 40 пациентов (Kratochwil et al., 2018). Интересно, что исследование Zhu et al. (2016) продемонстрировали, что паттерн интернализации 225 Ac-PSMA может быть изменен путем конъюгации лиганда PSMA с нанопузырьками по сравнению с одним лигандом PSMA. Было обнаружено, что наноконъюгированный лиганд PMSA локализован в перинуклеарной области, в то время как сам лиганд PSMA остается близко к клеточной мембране. Это перинуклеарное накопление транслируется в трехкратное повышение цитотоксичности для данного количества интернализованной радиоактивности, что указывает на важность субклеточного нацеливания с α-излучателями.Другие известные примеры включают использование конъюгатов 211 At- и 125 I-PSMA-лиганд, которые показали ингибирование роста опухоли in vivo (Kiess et al., 2015, 2016).

Семейство рецепторов соматостатина имеет повышенную регуляцию в нейроэндокринных опухолях и уже более 25 лет оценивается как мишень для ТЗТ. Что касается PMSA, комплекс рецептор-лиганд интернализуется при связывании, позволяя полезной нагрузке излучать изнутри везикул и лизосом. Лучше всего охарактеризованным соединением является 177 Lu-DOTATATE, который недавно продемонстрировал впечатляющее увеличение выживаемости без прогрессирования заболевания и через 20 месяцев у пациентов с нейроэндокринными опухолями средней кишки в клинических испытаниях фазы III (65.2% в группе 177 Lu-DOTATATE по сравнению с 10,8% в контрольной группе; Стросберг и др., 2017).

Хотя ДНК рассматривается как основная мишень радиотоксических эффектов TRT, которые связывают лиганды поверхностных рецепторов, их интернализация может оказывать влияние на другие структуры, включая компоненты эндоцитарного пути. Лизосомы представляют собой связанные с мембраной круглые сферические везикулы, содержащие гидролитические ферменты, которые разрушают различные молекулы. Что касается клеточной мембраны, фосфолипидный слой, отделяющий содержимое лизосом от цитозоля, чувствителен к атакам реактивных гидроксильных радикалов.Поскольку большая часть внутриклеточного окислительно-восстановительного железа находится в лизосомах, образование H 2 O 2 может привести к образованию лабильных лизосом, которые высвобождают литические ферменты и железо с низкой массой, что может способствовать апоптозной / некротической гибели при длительном воздействии (Persson et al. др., 2005).

Заключительные замечания

Обсуждение субклеточного таргетинга для терапевтических преимуществ было бы неполным без рассмотрения потенциальных рисков, связанных с непреднамеренным и неспецифическим накоплением в нормальной ткани (Howell, 2011).Хорошо задокументировано, что риски, связанные с облучением с низкой дозой и низкой мощностью дозы, встречающиеся в диагностической ядерной медицине, минимальны (ICRP, 2007). Однако неотъемлемые риски, связанные с процедурами терапевтической ядерной медицины, неизбежно выше. В этом отношении токсичность данного радиофармпрепарата следует рассматривать на индивидуальной основе, принимая во внимание дозу, мощность дозы, спектры излучения и субклеточное распределение. Очевидно, что крайне неравномерное распределение радионуклидов среди популяций клеток оказывает сильное влияние на связанную с ним токсичность данного радиофармпрепарата, и этот эффект распространяется как на нормальные, так и на злокачественные ткани.

За последние 10 лет была продемонстрирована клиническая ценность ЗТТ для лечения различных онкологических заболеваний, что привело к увеличению их использования в Соединенном Королевстве с 2007 по 2012 год на 38% (Rojas et al., 2015; Gill et al. др., 2017). Учитывая положительные результаты клинических испытаний для лигандов 177 Lu-DOTATATE и 177 Lu-PMSA, использование TRT в медицине рака, вероятно, будет расширяться. Это должно способствовать развитию клинической экспертизы и инфраструктуры, необходимой для внедрения новых агентов в клиническую практику.Использование радионуклидов, которые специально нацелены на субклеточные структуры, может значительно повысить эффективность и безопасность ТЗТ и, следовательно, может быть привлекательным направлением для изучения. Многие специфические для рака мишени располагаются внутриклеточно, и предполагается, что открытие потенциала для нацеливания на них с помощью TRT предоставит желанную возможность для лечения и визуализации рака.

В этом обзоре мы описали важность адекватного субклеточного нацеливания и то, как новые радиофармацевтические препараты могут быть охарактеризованы в соответствии с их распределением в субклеточных компартментах.На самом деле, многие лекарства содержат несколько различных органелл, что усложняет анализ, которые являются критическими мишенями. Разработка новой субклеточной TRT идет рука об руку с усовершенствованием методов визуализации и определения их точной клеточной локализации и механизма действия. Выделенные здесь методы дают хорошее представление об изменении распределения радионуклидов, но не имеют возможности визуализировать и измерить локализацию и эффекты в живых клетках с высоким пространственным разрешением.Усилия, направленные на решение этой проблемы, могут иметь далеко идущие последствия для созревания области целевой субклеточной радионуклидной терапии.

Авторские взносы

BB, BL, MG, NF и KV внесли свой вклад в идеи и структуру статьи. ВВ и MG написали введение. BB, BL и NF разработали раздел радиобиологии и методов обнаружения. BB и MG написали субклеточные мишени для раздела радионуклидной терапии. BB и NF написали заключение. BL и NF выполнили моделирование.К.В. руководил проектом, разрабатывал идеи и редактировал окончательную рукопись. Все авторы обсудили статью и внесли свой вклад в окончательную рукопись.

Финансирование

Эта работа была поддержана грантами Cancer Research UK (CRUK) (C5255 / A15935), Совета медицинских исследований (MRC) (MC_PC_12004), Оксфордского центра EPSRC по устройствам для доставки лекарств (EP / L024012 / 1) и CRUK Оксфордский центр.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Акерман, Н. Л., де ла Фуэнте Росалес, Л., Фальцоне, Н., Валлис, К. А., и Бернал, М. А. (2018). Нацеленная альфа-терапия с использованием 212 Pb или 225 Ac: изменение ОБЭ в результате миграции дочерних клеток. Phys. Med. doi: 10.1016 / j.ejmp.2018.05.020 [Epub перед печатью].

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Агевлян С., Бойл А. Дж., Рейли Р. М. (2017). Радиоиммунотерапия рака с использованием излучения с высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ), доставляемого радионуклидами, испускающими α-частицы или оже-электроны. Adv. Препарат Делив. Ред. 109, 102–118. DOI: 10.1016 / j.addr.2015.12.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2002). «Фракционирование клеток», в Molecular Biology of the Cell , ed. Д. Друбин (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Garland Sciences).

Google Scholar

Бэк, Т., и Якобссон, Л. (2010). Альфа-камера: метод количественной цифровой авторадиографии с использованием устройства с зарядовой связью для биоизображения альфа-частиц с высоким разрешением ex vivo. J. Nucl. Med. 51, 1616–1623. DOI: 10.2967 / jnumed.110.077578

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бергер М. Дж., Курси Дж. С., Цукер М. А. и Чанг Дж. (2005). ESTAR, PSTAR и ASTAR: компьютерные программы для расчета тормозной способности и таблиц диапазонов для электронов, протонов и ионов гелия . Доступно по адресу: http://physics.nist.gov/Star [доступ 31 июля 2018 г.].

Google Scholar

Бойд, М., Росс, С.К., Дорренс, Дж., Фуллертон, Н. Э., Тан, К. В., Залуцкий, М. Р. и др. (2006). Радиационно-индуцированный биологический эффект свидетеля, вызываемый in vitro направленными радиофармацевтическими препаратами, меченными альфа-, бета- и шнековыми электронно-излучающими радионуклидами. J. Nucl. Med. 47, 1007–1015.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Цай, З., Чен, З., Бейли, К. Е., Сколлард, Д. А., Рейли, Р. М., и Валлис, К. А. (2008). Связь между индукцией фосфорилированного h3AX и выживаемостью в клетках рака молочной железы, подвергшихся воздействию 111 In-DTPA-hEGF. J. Nucl. Med. 49, 1353–1361. DOI: 10.2967 / jnumed.108.051805

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэмпбелл, М., Хавранек, В., Хейне, Э., Холи, Т., Идаррага, Дж., Якубек, Дж. И др. (2007). «Сбор заряда с треков протонов и альфа-частиц в кремниевых пиксельных детекторах», в документе , представленном на конференции симпозиума IEEE по ядерной науке. Симпозиум по ядерной науке , (Гонолулу, Гавайи: IEEE), 1047–1050. DOI: 10.1109 / NSSMIC.2007.4437190

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, P., Wang, J., Hope, K., Jin, L., Dick, J., Cameron, R., et al. (2006). Последовательности, локализующиеся в ядре, способствуют ядерной транслокации и повышают радиотоксичность моноклонального антитела против CD33 HuM195, меченного 111 In, в клетках миелоидного лейкоза человека. J. Nucl. Med. 47, 827–836.

Google Scholar

Chouin, N., Lindegren, S., Frost, S.H.L., Jensen, H., Альбертссон, П., Халтборн, Р. и др. (2013). Количественная оценка активности ex vivo в микрометастазах в клеточном масштабе с использованием техники α-камеры. J. Nucl. Med. 54, 1347–1353. DOI: 10.2967 / jnumed.112.113001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корнелиссен Б. (2014). Визуализация внутренней части опухоли: обзор радионуклидной визуализации и тераностики, нацеленной на внутриклеточные эпитопы. J. Меченый комп. Радиофарм. 57, 310–316.DOI: 10.1002 / jlcr.3152

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корнелиссен, Б., Дарбар, С., Керсеманс, В., Аллен, Д., Фальцоне, Н., Барбо, Дж. И др. (2012). Амплификация повреждений ДНК с помощью радиофармпрепарата, нацеленного на γh3AX. Nucl. Med. Биол. 39, 1142–1151. DOI: 10.1016 / j.nucmedbio.2012.06.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корнелиссен, Б., Керсеманс, В., Дарбар, С., Томпсон, Дж., Шах, К., Sleeth, K., et al. (2011). Визуализация повреждений ДНК in vivo с использованием иммуноконъюгатов, нацеленных на гамма-h3AX. Cancer Res. 71, 4539–4549. DOI: 10.1158 / 0008-5472.CAN-10-4587

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Корнелиссен Б., Валлер А., Эйбл С. и Валлис К. А. (2013). Молекулярная лучевая терапия с использованием расщепляемых радиоиммуноконъюгатов, нацеленных на EGFR и γh3AX. Мол. Cancer Ther. 12, 2472–2482. DOI: 10.1158 / 1535-7163.MCT-13-0369

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Костантини, Д.Л., Бейтман, К., Макларти, К., Валлис, К. А., и Рейли, Р. М. (2008). Клетки рака молочной железы, устойчивые к трастузумабу, остаются чувствительными к радиотерапевтическому агенту, излучающему электроны шнека 111 In-NLS-трастузумаб и радиосенсибилизируются метотрексатом. J. Nucl. Med. 49, 1498–1505. DOI: 10.2967 / jnumed.108.051771

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Костантини, Д. Л., Чан, К., Цай, З., Валлис, К. А., и Рейли, Р. М. (2007). 111 In-меченый трастузумаб (герцептин), модифицированный последовательностями ядерной локализации (NLS): радиотерапевтический агент с электронной эмиссией Оже для HER2 / neu-амплифицированного рака молочной железы. J. Nucl. Med. 48, 1357–1368. DOI: 10.2967 / jnumed.106.037937

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дахмен В., Крихубер Р. (2012). Цитотоксические эффекты и специфические изменения экспрессии генов, индуцированные меченными I-125 триплекс-образующими олигонуклеотидами. Внутр. J. Radiat. Биол. 88, 972–979. DOI: 10.3109 / 09553002.2012.702298

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Frontiers | Введение в радиобиологию прицельной радионуклидной терапии

Введение

В этой статье, которая является частью первой серии, посвященной запуску журнала Frontiers in Nuclear Medicine, будут обсуждаться некоторые из основных проблем радиобиологии в целевой радионуклидной терапии (ТРТ).Изучение радиобиологии и выполнение точной дозиметрии будут способствовать повышению терапевтической эффективности ТЗТ, особенно в случае солидных опухолей.

Радиобиология исследует биологические эффекты излучения. Это направление исследований было создано после описания первых случаев кожной эритемы, связанных с клиническим использованием радиации в начале двадцатого века. Использование рентгеновских лучей для лечения больных раком впервые опробовал В.Despeignes в Лионе в 1896 году, через 6 месяцев после их открытия В. Рентгеном (1). Еще в 1902 году возможность количественно оценить доставленную дозу облучения (дозиметрия) и установить зависимость доза-эффект привела к значительному улучшению результатов лечения пациентов. В 1919 г. К. Рего из Института Кюри (Париж) начал исследовать дозовое фракционирование, описав, как лечить опухоли высокими поглощенными дозами, защищая при этом здоровые ткани (2).

Большая часть того, что мы знаем о радиобиологии, касается дистанционной лучевой терапии (ДЛТ).В частности, широко исследовалась терапевтическая эффективность излучения с низкой (рентгеновское и гамма-излучение, электроны) и с высокой линейной передачей энергии (ЛПЭ) (нейтроны, оже-электроны, протоны, альфа-частицы и тяжелые ионы). Это сопровождалось разработкой новых методов и технологий доставки дозы к опухоли (3). Помимо общей дозы и ЛПЭ, биологические эффекты излучения зависят от мощности поглощенной дозы, фракционирования поглощенной дозы, оксигенации тканей и объема облученной ткани.Кроме того, реакция клетки на облучение сильно зависит от природы облученной ткани (генетический фон, скорость пролиферации клеток) и ее микроокружения.

Клеточная радиобиология

Начальные события

Ионизирующие излучения взаимодействуют с биологическими субстратами через прямые и косвенные механизмы (4). Прямые эффекты включают реакции одноэлектронного окисления, в то время как косвенные эффекты опосредуются диссоциацией воды, что приводит к образованию активных форм кислорода (ROS), таких как супероксидные радикалы O2⋅– и перекись водорода (H 2 O 2 ) — предшественники сильноповреждающих гидроксильных радикалов ( OH).Примечательно, что эти АФК аналогичны тем, которые вырабатываются эндогенными источниками, такими как митохондриальный окислительный метаболизм (приводящий к образованию O2⋅– во время восстановления кислорода), никотинамидадениндинуклеотидфосфат [NAD (P) H] оксидазы, связанные с плазматической мембраной, и липоксигеназы. (5–7) и пероксисомы (образование H 2 O 2 ). Массивная продукция ROS и активных форм азота (RNS) также опосредуется активацией циклооксигеназы-2 (COX-2) и индуцибельной синтазы оксида азота (iNOS), например, после индукции факторов транскрипции, участвующих в воспалительной реакции, таких как в виде ядерного фактора каппа B (NF-κB) или белка-активатора-1 (AP-1) (8).NF-κB активируется с помощью мутировавшей телеангиэктазии атаксии (ATM), основного белка, участвующего в распознавании повреждений ДНК. ЦОГ-2 приводит к выработке простагландина-E2 и АФК, которые высвобождаются во внутри- и внеклеточной среде (9) и способствуют воспалительным ответам (8) (Рисунок 1). Активация iNOS приводит к образованию оксида азота (NO), который может реагировать с супероксид-анионом с образованием RNS, такого как пероксинитрит ONO2– (10–12). ONO2- и NO продуцируются макрофагами во время воспалительных реакций, но они также выделяются облученными клетками (12).ONO2- может генерировать многие продукты разложения, наблюдаемые с OH (9). Более того, в отличие от OH, который очень реакционноспособен и диффундирует всего на 4 нм, ONO2- может легко диффундировать внутри клеток, а его сильно окисляющая протонированная форма (ONOH) может вызывать повреждение ДНК, гибель клеток, а также перекисное окисление белков и липидов. . H 2 O 2 и NO могут диффундировать между ячейками (4).

Рис. 1. Целевые и ненаправленные биологические эффекты в традиционной дистанционной лучевой терапии .Целевые эффекты вызываются одной или несколькими частицами, пересекающими облученные клетки, и их можно разделить на ДНК и эффекты, не связанные с ДНК. Нецелевые эффекты описывают эффекты, наблюдаемые в клетках, через которые частицы не прошли напрямую, но которые находятся близко к облученным клеткам, а также эффекты на больших расстояниях. ДНК, митохондрии и клеточная мембрана являются основными чувствительными мишенями радиации. После целевых и нецелевых воздействий клетки могут выжить (повреждения эффективно восстанавливаются), они могут умереть (повреждения не восстанавливаются) или они могут трансформироваться.Взаимосвязь целевых эффектов доза-эффект обычно описывается линейными или линейно-квадратичными моделями. Описано насыщение ответа на нецелевые воздействия. Подробнее см. Основной текст.

Таким образом, ROS и RNS участвуют в физиологических процессах, включая передачу сигналов клеток, иммунный ответ, воспаление, апоптоз и рост клеток, а также в ответе клеток на излучение (8). Эти эндогенные и экзогенные реактивные виды могут вызывать повреждение клеток, когда возникает дисбаланс между их производством и их разрушением ферментативными и неферментативными системами защиты клетки.Например, O2⋅– может быть восстановлен до H 2 O 2 с помощью фермента супероксиддисмутазы. H 2 O 2 , в свою очередь, может быть восстановлен до воды ферментами каталазы или глутатионпероксидазы, или может быть использован в присутствии ионов металлов, таких как Fe 2+ , для получения OH через реакция Фентона. Супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионпероксидаза являются частью системы ферментативной защиты, разработанной клетками для поддержания уровня этих эндогенных АФК на как можно более низком уровне.Некоторые внутриклеточные компоненты, особенно глутатион, ураты, билирубин и витамины E и C, также могут действовать как поглотители радикалов. Когда баланс смещается в пользу активных видов, все клеточные компартменты (клеточная мембрана, митохондрии и особенно ядро) и составляющие (ДНК, липиды и белки) могут быть повреждены, а их функции изменены.

Повреждение ДНК

Радиационно-индуцированное окислительное повреждение ДНК в результате атаки OH (непрямое воздействие, радиолиз воды) или одноэлектронного окисления (прямой эффект), включая одноцепочечные (SSB) и двухцепочечные разрывы ДНК (DSB), основание ДНК повреждения (окисленные и неосновные участки) и сшивки ДНК-ДНК или ДНК-белок.

Основными реакциями радиационно-индуцированных радикалов с ДНК являются отщепление водорода от молекул дезоксирибозы с помощью OH (в основном из углерода C ‘сахарного фрагмента) и присоединение OH к π-связям оснований [для обзоров см. Ref. (4, 13, 14)]. Подсчитано, что около 80% радикалов OH реагируют с основаниями, а оставшиеся 20% — с остатками сахара. Отщепление водорода от C2 сахарного фрагмента может привести к потере основания или образованию SSB за счет отщепления фосфата.SSB также могут быть получены после реакции OH с пиримидиновыми основаниями. DSB могут быть вызваны атакой одного или двух радикалов OH. Однако очень маловероятно, что сегмент из нескольких оснований ДНК будет затронут двумя независимыми радиационными событиями (между 10 –6 и 10 –4 Гр –1 для прямого и косвенного воздействия, соответственно). Действительно, при биологически значимых дозах более вероятно, что один радиационный след может вызвать ионизацию на противоположных цепях в непосредственной близости.Следовательно, DSB могут образовываться после денатурации ДНК после двух SSB, происходящих на участке длиной 20 пар оснований.

Частота повреждения ДНК

пропорциональна поглощенной дозе и определяется количественно в Гр и на клетку после воздействия излучения с низкой и высокой ЛПЭ (15). Около 40 DSB формируется на ячейку на Гр излучения с низкой ЛПЭ. Повреждения оснований ДНК являются наиболее распространенными (около 1000 / клетка / Гр), и в клеточной ДНК было обнаружено четырнадцать типов окислительных пуриновых и пиримидиновых повреждений ДНК, среди которых 8-оксо-7,8-дигидрогуанин (8-oxoGua) и 5 , 6-дигидрокси-5,6-дигидротимин (тимингликоль) являются наиболее частыми (4).Хотя частота DSB довольно низкая, выживаемость и мутагенез клеток сильно зависят от пространственного распределения DSB. Приблизительно 150 ДНК-белок и 30 ДНК-ДНК образуются на Гр и на клетку (15).

Накопление повреждений ДНК может привести к еще более сложным повреждениям, называемым локально множественно поврежденными участками (LMDS), также известным как окислительные кластерные поражения ДНК (OCDL) (16–18). LMDS возникают, когда в одной или двух спиралях образуется более двух повреждений, то есть в пределах 20 п.н.Эти кластерные поражения ДНК включают сложные SSB, а также простые или сложные DSB. Они могут включать до 10 очагов поражения в случае излучения с низкой ЛПЭ и даже более сложные повреждения при облучении с высокой ЛПЭ. Таким образом, хотя излучение с низкой и высокой ЛПЭ вызывает одни и те же повреждения ДНК, их выход и пространственное распределение различны.

Системы восстановления повреждений ДНК

Клетки разработали системы восстановления повреждений ДНК (DDR) против повреждений ДНК. Повреждение ДНК активирует сенсорные системы, такие как ATM, Ataxia Telangiectasia и Rad 3-related (ATR), которые, в свою очередь, вызывают сигнальные пути, участвующие в ответе клетки на радиацию, включая остановку клеточного цикла, восстановление ДНК или гибель клеток (19– 22).Повреждение оснований ДНК в основном восстанавливается с помощью механизма эксцизионной репарации оснований (BER) и в меньшей степени с помощью механизма эксцизионной репарации нуклеотидов (NER) (23, 24). Ремонт DSB схематично включает два основных пути рекомбинации. Первая — это система гомологичной рекомбинации (HR), которая активна, в частности, в фазах S и G2 клеточного цикла (25). Это безошибочный механизм, поскольку неповрежденная ДНК (сестринская хроматида) используется в качестве матрицы для репарации ДНК. Второй механизм — это система негомологичного соединения концов (NHEJ), которая активна в основном в фазе G1 клеточного цикла (26).Хотя NHEJ является основным путем репарации, используемым облученными клетками, считается, что он подвержен ошибкам, потому что разорванные концы ДНК лигируются без необходимости в неповрежденной гомологичной матрице.

При точном восстановлении повреждения ДНК не влияют на выживаемость клеток или дочерних клеток. Однако, если поражения слишком сложные или обильные, или если механизм репарации клеточной ДНК недостаточен, не все повреждения ДНК будут полностью или правильно заживлены. Неотремонтированные / неправильно восстановленные повреждения ДНК могут вызывать формирование хромосомных аберраций при прохождении клеток по клеточному циклу, что приводит к митотической катастрофе (гибель клеток во время митоза) или к запрограммированной гибели клеток (известной как апоптоз).Не все неизлечимые поражения смертельны для клетки. В этом случае они могут передаваться дочерним клеткам и приводить к мутациям, геномной нестабильности и, в конечном итоге, к развитию рака (рис. 1).

Подход, ориентированный на ДНК

Согласно ДНК-центрированному взгляду на радиационно-индуцированное повреждение, нерепарированные повреждения ДНК являются летальным исходом, ведущим к гибели клеток. Соответствующие повреждения ДНК в основном представляют собой DSB, но более сложные повреждения, включающие OCDL, также могут представлять собой летальные поражения.Поскольку целью лучевой терапии является уничтожение опухолевых клеток или, по крайней мере, предотвращение их деления, клоногенный анализ, разработанный Паком и Маркусом в 1956 году для исследования способности клетки образовывать новую колонию, стал эталонным методом. для оценки ответа клеток на облучение (27). Этот анализ показывает, что клоногенная выживаемость облученных клеток экспоненциально снижается как функция средней поглощенной дозы. Нанесенный на график, логарифм выживаемости может быть экспериментально установлен с помощью линейной или линейно-квадратичной регрессионной модели, в зависимости от того, используется ли излучение с высокой или низкой ЛПЭ.Линейная часть (αD) уравнения соответствует событиям уничтожения при однократном попадании, в то время как квадратичная часть (βD 2 ) требует двух попаданий для уничтожения клеток (рис. 1). Таким образом, общий цитотоксический эффект обусловлен суммой событий одиночного и двойного попадания. Эта интерпретация цитотоксичности клетки соответствует так называемой теории мишеней, которая является важной концепцией для понимания радиационной биологии. Фундаментальный принцип теории мишеней состоит в том, что для инактивации мишени (ей) летальным исходом клетки должны быть пересечены радиацией.На форму кривой выживаемости может влиять радиационная чувствительность ткани, которая определяется соотношением α / β и представляет собой способность клетки восстанавливать повреждения. Чувствительность к радиации, которая была впервые выдвинута Бергони и Трибондо в 1905 году (28), по существу объясняется генетическим фоном пациента, касающимся ферментов репарации ДНК, антиоксидантной защиты и пролиферации тканей. Например, пациенты с такими патологиями, как атаксия, телеангиэктазия, пигментная ксеродерма, синдром разрыва Кокейна или Неймегена, имеют дефекты белков, участвующих в репарации DSB ДНК, и проявляют гиперчувствительность к радиации (29–31).На форму кривых выживаемости также влияют ЛПЭ, тканевая гипоксия и фракционирование дозы, как было показано в 60-х годах Баренденом и его коллегами (32–36). Релевантность соотношений α / β, определенных in vitro в линиях клеток человека, для понимания значений in vivo была подробно рассмотрена (37, 38).

Новые парадигмы в радиационной биологии: эффекты, не связанные с ДНК и нецелевые

В течение примерно столетия парадигма радиационной биологии заключалась в том, что биологические эффекты ионизирующего излучения проявляются только в ядре клеток, пересекаемых частицами, и что гибель клеток происходит строго из-за неисправной или неправильно восстановленной ДНК.Следовательно, биологические эффекты ионизирующего излучения должны быть строго связаны с энергией, поглощаемой тканями, а выживаемость облученных клеток, выраженная как функция дозы, должна строго соответствовать линейной или линейно-квадратичной кривой, объясняемой попаданиями ДНК. . Однако такой подход, ориентированный на ДНК, не приносит полного удовлетворения. Например, он не может объяснить гиперчувствительность к низким дозам и синдромы радиационной чувствительности, связанные с мутацией цитоплазматических белков. Кроме того, исследования на клетках, животных моделях или пациентах, получавших лучевую терапию, показали, что биологические эффекты могут наблюдаться также при облучении только цитоплазмы клетки (известные как эффекты, не связанные с ДНК) и в необлученных областях (известных как необлученные участки). -направленные эффекты или эффекты стороннего наблюдателя) (39–42).Еще в 1922 г. высвобождение медиаторов стресса в сыворотке облученных мышей (43) или в образцах крови облученных пациентов (44–46) было связано с эффектами сторонних наблюдателей на большом расстоянии, называемыми эффектами абсскопии. Концепция эффектов стороннего наблюдателя возникла снова в 1992 году, когда Нагасава и Литтл сообщили, что в однослойных культурах клеток, подвергшихся воздействию альфа-микропучков, обмен сестринскими хроматидами наблюдался в 30% клеток, хотя <1% клеток пересекались частицами (47). . С тех пор во многих исследованиях изучались происхождение и природа радиационно-индуцированных побочных эффектов, которые определяются как биологические эффекты, возникающие поблизости от облученных клеток (47).

Эффекты свидетелей включают мутации, кластогенные эффекты, гибель клеток, апоптоз и трансформацию клеток (6). В основном они возникают после облучения низкой дозой (<1 Гр) или низкой мощностью дозы, хотя они наблюдались при ДЛТ и после высокой поглощенной дозы (10 Гр). Они включают передачу сигналов от облученных клеток к необлученным клеткам. В частности, медиаторы стресса передаются клеткам-свидетелям посредством межклеточных взаимодействий через межклеточную коммуникацию щелевого соединения (GJIC), когда клетки находятся в контакте, а молекулы малы (<1500 Да) (Рисунок 1), или путем высвобождения растворимых повреждений / сигналы стресса, которые могут иметь отдаленные биологические эффекты (скрытый эффект) (6, 48–50).Эти медиаторы могут быть ROS / NO, цитокинами (интерлейкин 8, интерлейкин 6, фактор некроза опухоли и интерлейкин-33), Ca 2+ или внеклеточная ДНК (вкДНК). Они продуцируются облученными клетками и высвобождаются во внеклеточную среду (39), вызывая окислительный стресс в соседних клетках / тканях. Однако они могут быть активными также внутри клетки аутокринным образом. Они также могут активировать иммунные клетки (например, макрофаги и Т-лимфоциты), которые, в свою очередь, выделяют цитокины, что приводит к индукции iNOS и образованию NO (51).Таким образом, воспалительная и лучевая реакции имеют общие механизмы, способствующие созданию и сохранению вредной среды воспалительного / окислительного стресса. Эта новая парадигма также подчеркивает роль микросреды опухоли (или здоровой ткани) в радиационном ответе. Открытие того, что поглотители ROS, такие как DMSO, устраняют реакцию стороннего наблюдателя, указывает на то, что окислительный стресс играет важную роль в этом явлении (52). В то время как OH имеют короткое время жизни и взаимодействуют в пределах нескольких нм, другие виды, такие как H 2 O 2 и NO, могут мигрировать через плазматическую мембрану и вызывать окислительное повреждение в соседних клетках.Более того, другие системы, ведущие к устойчивой межклеточной продукции реактивных радикалов, могут быть активированы в соседних клетках после высвобождения цитокинов облученными клетками или связывания иммунных клеток с клетками-свидетелями. Интерлейкин-1β (IL-1β), фактор некроза опухоли-α (TNF-α) и интерлейкин-33 (IL-33), например, активируют NF-κB, который участвует в экспрессии COX-2 и iNOS. гены, которые участвуют в воспалительной реакции и локальной продукции АФК и NO соответственно (рис. 1).Кроме того, TNF-α, интерлейкин 8 и трансформирующий фактор роста 1b (TGFβ-1b) могут активировать пути митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) [внеклеточная сигнальная киназа (ERK), N-концевая киназа c-JUN ( JNK) и p38], которые участвуют в повышающей регуляции COX-2 и iNOS (11, 53). Интерлейкин 6 высвобождается облученными макрофагами и активирует сигнальный преобразователь янус-киназы 2 (JAK2) и активатор транскрипции 3 (STAT3). STAT3 способствует удержанию NFκ-B в ядре и тем самым индукции экспрессии COX-2 и iNOS (54, 55).TGFβ-1, секретируемый облученными клетками, также может активировать НАДФН-оксидазу, которая расположена на клеточной мембране и участвует в производстве сторонних АФК и NO. Следовательно, сторонние факторы участвуют в долгосрочном производстве реактивных радикалов с прямой связью и самоподдерживающимся образом и в создании воспалительной среды, ведущей к рекрутированию иммунных клеток (52). Примечательно, что усиление внутриклеточного окислительного стресса приводит к дисфункции митохондрий, которая может еще больше усугубить окислительные процессы за счет высвобождения АФК и РНС.

Наконец, было показано, что в репарацию ДНК вовлечены различные сигнальные пути, в зависимости от того, вызвано ли повреждение ДНК прямым облучением или косвенно за счет побочных эффектов, вызванных окислительным стрессом (56). Более того, хотя целевые биологические эффекты увеличиваются с дозой в EBRT, реакция насыщения наблюдается, когда задействованы нецелевые эффекты, и при превышении определенной дозы никакого дополнительного эффекта не наблюдается (Рисунок 1).

Новые парадигмы в радиационной биологии: внеядерные цели

Клеточная мембрана

Хотя наибольшее внимание было сосредоточено на ДНК как основной мишени излучения, идея о том, что мембрана также может быть важной мишенью, была предложена в 1963 году Alper et al.(57). Клеточная мембрана теперь признана ключевым игроком в биологических эффектах, вызванных радиацией. Его роль в клеточном ответе на радиацию можно объяснить его функцией во многих сигнальных путях, включая апоптоз (58–60). Индуцированные излучением молекулы гидроксильных радикалов могут атаковать не только ядерную ДНК, но и остатки полиненасыщенных жирных кислот мембранных фосфолипидов. Это приводит к образованию малониевого диальдегида или 4-гидроксиноненаля, который может индуцировать перекрестные связи ДНК-белок (58).Радиация также может вызывать активацию кислой сфингомиелиназы, которая гидролизует сфингомиелин в клеточной мембране с образованием церамида и фосфорилхолина (59–62). Керамид является вторым посланником апоптоза и, когда он связан с холестерином, также участвует в образовании обогащенных церамидами платформ (также известных как липидные рафты), содержащих сигнальные и транспортные белки. Эти платформы играют центральную роль в клеточных функциях, таких как передача сигналов и перемещение клеток. В частности, активация плазматической мембраны стимулирует различные пути передачи сигналов, которые опосредуются суперсемейством MAPK, включая ERK1 / 2, JNK и p38.Более того, липидные рафты содержат НАДФН-оксидазу, которая участвует в устойчивой продукции ROS / RNS клетками-свидетелями. НАДФН может быть активирован TGFβ, секретируемым облученными клетками после активации рецепторов клеточной мембраны цитокинами (TGFβ, TNFα, интерлейкины) и ионными каналами Ca 2+ . Эти косвенные эффекты могут частично подавляться антиоксидантами, такими как витамины E и C, а также ферментами супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионпероксидаза.

Митохондрии

Митохондрии — центральные органеллы клетки.Они участвуют в клеточном дыхании, восстанавливая O 2 до O2⋅− во время продукции АТФ, и являются одним из основных источников эндогенных АФК и РНС (8, 63). Они также играют роль в радиационно-индуцированных сигнальных путях клеток, таких как апоптоз (64). Действительно, одним из критических событий является изменение потенциала митохондриальной мембраны, ведущее к утечке и высвобождению в цитозоль проапоптотических белков, включая цитохром С и фактор, вызывающий апоптоз (10). Это может быть связано с высокой продукцией ROS и NO в ответ на прямое облучение или нецелевое воздействие.Более того, АФК, такие как супероксид-анионы, высвобождаемые митохондриями, могут способствовать внутриклеточному окислительному стрессу и нецелевым эффектам за счет их преобразования в диффундирующие молекулы H 2 O 2 (52).

Митохондриальная ДНК также может быть изменена после атаки АФК или под действием прямого радиационного воздействия (65–67). Митохондриальная ДНК очень чувствительна к окислительному стрессу, потому что она не защищена гистонами, и наблюдались мутации или делеции. Когда они касаются генов, кодирующих митохондриальную АТФазу, НАДН-дегидрогеназный комплекс I и цитохром с-оксидазу, они могут привести к дефектам митохондриального метаболизма и эффективности репарации ДНК, а также к повышению уровня АФК.Эти эффекты наблюдались как в непосредственно облученных клетках, так и в нецелевых клетках.

Таргетная радионуклидная терапия

Помимо усовершенствований EBRT, TRT стала привлекательным методом лечения опухолей в двадцатом веке. В TRT радионуклид связывается с вектором [например, моноклональными антителами (mAb) или пептидами], направленным против раковых клеток или их среды, чтобы специфически облучать только опухолевые мишени. Следовательно, TRT особенно привлекательна, когда обычная EBRT (CEBRT) не может быть использована из-за неприемлемой токсичности для здоровых тканей.Это случай диссеминированного заболевания, метастазов или опухолей, расположенных в непосредственной близости от чувствительных органов. По сравнению с химиотерапией, он предлагает возможность целенаправленно воздействовать на опухолевые клетки, тем самым уменьшая побочные эффекты, а также лечить отдаленные опухолевые клетки (которые не могут быть напрямую достигнуты лекарством) посредством перекрестного облучения (т. Е. Депонирования энергии в клетках, которые специально не нацелены) (Рисунок 2).

Рисунок 2.Целевые и нецелевые эффекты при адресной радионуклидной терапии . Целевые эффекты вызваны пересечением одной или несколькими частицами облученных клеток и могут быть следствием самооблучения и перекрестного облучения. Нецелевые эффекты включают эффекты, наблюдаемые в клетках, близких к облученным клеткам, а также эффекты на больших расстояниях. Необходимо определить природу зависимости доза-эффект от целевых и нецелевых эффектов. Подробнее см. Основной текст.

Радионуклидная терапия началась в 20-40-х годах, когда для лечения пациентов с дифференцированным раком щитовидной железы или яичников использовались инъекции очень простых химических форм радионуклида ( 131 I или 32 P).Другие соединения широко используются в ядерной медицине, например, 89 SrCl 2 , 153 Sm-EDTMP или 186 / 188 Re – HEDP для паллиативного лечения метастазов в кости. Радиоэмболизация микросферами 90 Y использовалась для лечения гепатоцеллюлярной карциномы. В 2013 году 223 Ra хлорид (Xofigo ® ) был первым незапечатанным α-излучающим радиофармацевтическим препаратом, одобренным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) для лечения пациентов с устойчивым к кастрации раком простаты и метастатическим поражением костей.Радионуклиды также могут быть связаны с вектором, который специфически воздействует на опухолевые клетки для TRT. Конкретные молекулы, такие как метаиодобензилгуанидин (mIBG), меченные 131 I для TRT нейробластомы и медуллярного рака щитовидной железы, были постепенно разработаны. Радионуклидная терапия пептидных рецепторов (PRRT) начала оцениваться в 70–80-х годах и привела к разработке 90 Y-DOTATATE и 90 Y-DOTATOC, которые в настоящее время используются для лечения нейроэндокринных опухолей.В радиоиммунотерапии (RIT) антитела против антигенов раковых клеток используются для нацеливания радионуклида на раковые клетки. В RIT биологические эффекты, вызванные излучением, могут сочетаться с цитотоксическим действием антител. Первые анализы RIT у пациентов с использованием поликлональных антител против антигенов раковых клеток, меченных 131 I, были проведены в 1953 г. Первые клинические испытания моноклональных антител ( 131 I-меченых или 67 Cu-меченных анти-HLA-DR mAb. ) началось в 1988 году, а 131 I-меченные антитела к CD20 были впервые использованы у пациентов с неходжкинской лимфомой (НХЛ) в 1993 году.Два радиофармпрепарата для RIT были одобрены FDA ( 90 Y-ибритумомаб тиуксетан, Зевалин ® , в 2002 г. и 131 I-тозитумомаб, Bexxar ® , в 2003 г.) для лечения рецидивов или рефрактерных низкоэффективных препаратов. степень, фолликулярная или трансформированная В-клеточная лимфома (68). НХЛ, несомненно, является заболеванием, при котором RIT имеет самые высокие показатели успеха. Действительно, общий ответ составляет от 60 до 83% у ранее леченных пациентов и 95% у пациентов, получавших лечение впервые (69), по сравнению с 56% у пациентов, получавших иммунотерапию ритуксимабом (68).Поскольку активность Зевалина ® и Bexxar ® , вводимая пациентам, в настоящее время основывается только на весе пациента (МБк / кг для Зевалина ® ) или на доставке 75 сГр на все тело (Bexxar ® ), далее улучшений можно ожидать, планируя лечение с учетом потребностей пациента с использованием дозиметрического подхода.

С другой стороны, ТЗТ солидных опухолей более сложна, главным образом потому, что эти опухоли более устойчивы к радиации, чем лимфомы.В таком контексте подхода, заключающегося в одной инъекции максимально переносимой активности радиофармпрепарата в зависимости от веса пациента, недостаточно, и требуется более сложная стратегия (70–73), которая учитывает как радиобиологические, так и дозиметрические данные.

TRT Радиобиологическая специфичность

Хотя частицы, испускаемые радионуклидами, вызывают аналогичные физические явления (ионизация / возбуждение), как описано в EBRT, радиобиология TRT не может быть строго экстраполирована из радиобиологии, разработанной для EBRT.

Основные различия между EBRT и TRT касаются мощности поглощенной дозы и пространственного накопления энергии (Рисунок 3). CEBRT производит однородное облучение при высокой мощности поглощенной дозы (около 1-2 Гр⋅мин -1 ) рентгеновских лучей с низкой ЛПЭ, которые нацелены на все клетки в поле с общей поглощенной дозой 40-80 Гр, вводимой в фракции 2 Гр, пять фракций в неделю. Напротив, TRT характеризуется низкой мощностью поглощенной дозы (<1 Гр⋅ч -1 ) при длительном, неоднородном и смешанном облучении.Действительно, векторы могут быть связаны с радионуклидами, которые испускают бета-, альфа- или оже-электроны, связанные или не связанные с рентгеновскими или γ-лучами. Кроме того, при использовании эмиттеров альфа-частиц следует также учитывать спектр распада дочерних радионуклидов. Следовательно, ЛПЭ колеблется от 0,2 кэВ / мкм для бета-, рентгеновского и гамма-лучей и от 4–25 кэВ / мкм для оже-электронов до 50–230 кэВ / мкм для альфа-частиц (рис. 3). Длина пути частицы также будет изменяться: несколько нм – мкм для оже-электронов, от пятидесяти до примерно ста мкм для альфа-частиц и от мкм до мм для бета-частиц.Наконец, распределение радиоактивно меченных молекул, как правило, неоднородно и приводит к сильной неоднородности в распределении активности независимо от рассматриваемого масштаба (субклеточный, орган или организм). Таким образом, одни территории будут облучены, а другие могут частично уйти. Это явление еще более заметно для эмиттеров ближнего действия, таких как эмиттеры альфа-частиц и оже-электронов, поскольку длина пути испускаемых частиц дает слабое перекрестное излучение (т. Е. Клетки пересекаются частицами, испускаемыми радиоактивно мечеными векторами, связанными с соседними клетками ) (Фигура 2).Однако сильно локализованное распределение энергии, связанное с оже-электронами и альфа-частицами, также является привлекательным инструментом для исследования биологических эффектов ионизирующего излучения на субклеточном уровне и показало слабые места полностью ДНК-центрированной концепции TRT-эффектов. Действительно, мы и другие продемонстрировали, что внеядерные цели также участвуют в целевых и нецелевых ответных действиях (74–78). Наличие нецелевых эффектов может повлиять на соотношение поглощенная доза-эффект.

Рис. 3. Сравнение традиционной дистанционной лучевой терапии и направленной радионуклидной терапии .

Улучшение дозиметрии в TRT

Одна из трудностей при изучении радиобиологии TRT заключается в том, что во многих доклинических и клинических исследованиях дозиметрия недоступна или не является полностью точной. Биологические эффекты часто связаны с активностями, вводимыми пациентам / моделям животных (Бк / кг) или добавляемыми в среду культивируемых клеток в экспериментах in vitro (Бк / мл).Однако, как и в случае ДЛТ, оценка дозы, по крайней мере теоретически, является единственным эталонным параметром, общим для всех форм лечения, включающего облучение, и зависимость доза-эффект дает полезную информацию о том, как действуют радиации. В TRT биологические эффекты, наблюдаемые у пациентов / животных моделей или в культивируемых клетках, будут зависеть от используемой активности, ее распределения в различных компартментах (органах, компартментах клеток), ее фармакокинетики / динамики, типа эмиссии и геометрии мишени. (орган, клетки, ядро), а также, как и в случае ДЛТ, от природы целевой ткани и ее микросреды.

Следовательно, дозиметрия — требование радиобиолога; однако определение поглощенной дозы при ТЗТ не является простым делом и часто считается утомительной и непривлекательной задачей. Обычно используемый подход основан на формализме медицинских доз внутреннего облучения (MIRD) (79):

DrT, TD = ∑rSÃrs, TD SrT ← rS

Формализм MIRD требует определения кумулятивного числа распадов Ãr S , которое представляет собой интегрированную по времени активность (или общее количество распадов), происходящую в области источника r S за период интегрирования дозы T D и соответствующие значения S , которые представляют поглощенную дозу в целевой области r T на ядерную трансформацию в r S .

Определение распределения активности и S значений

Надежность оценок доз облучения в доклинических и клинических исследованиях ТЗТ напрямую связана с точностью оценки активности в каждый момент времени за рассматриваемый период. Например, в экспериментах in vitro поглощение радиоактивности на клетку оценивается через различные интервалы времени после воздействия радиоактивно меченного вектора. Для этого необходимо учитывать распределение радиоактивности в популяции клеток (80).Более того, субклеточное распределение может отличаться в зависимости от вектора нацеливания и от конечного источника (клеточная мембрана, цитоплазма, органеллы или ядро) в соответствии с формализмом MIRD. Для экспериментов на животных сейчас доступно несколько методик. Стандартный метод основан на определении средней радиоактивности в различных органах после умерщвления животных в различные моменты времени после введения радиофармпрепарата. Этот подход может быть дополнен цифровой авторадиографией, которая предоставляет информацию о пространственно-временном распределении радиоактивности в криосрезе тканей (81).Развитие методов визуализации мелких животных (микро-ОФЭКТ-КТ или микро-ПЭТ-КТ) обеспечивает привлекательный альтернативный метод за счет сокращения количества необходимых животных и обеспечения возможности проведения продольных исследований (82, 83). Однако из-за ограничений, присущих этим методам визуализации, определение радиоактивности ограничено органами, демонстрирующими конкретное нацеливание. В клинике обычно используется дозиметрия для EBRT; И наоборот, дозиметрия TRT все еще находится на начальном этапе, и это намного сложнее. Первоначально для оценки распределения радиоактивности использовались обычные методы, основанные на плоской визуализации.Однако теперь ясно, что из-за присущей неоднородности распределения радиофармпрепарата в тканях требуются трехмерные анатомические (КТ или МРТ) и функциональные [ПЭТ или однофотонная эмиссионная КТ (ОФЭКТ)] подходы к визуализации и что значение S должно быть рассчитано с использованием моделирования Монте-Карло. Однако эти методы намного более требовательны с точки зрения человеческих и методологических ресурсов, и неопределенности в оценке дозы облучения все еще могут возникать из-за неполных кинетических анализов и низкой точности измерений объема и расчета значений S (84).Как в клинических, так и в доклинических исследованиях значения S (т. Е. Поглощенная доза на распад) могут быть определены с использованием кодов Монте-Карло, которые позволяют отслеживать перенос излучения и подсчитывать запас энергии (85–87). Для этого необходимо знать геометрию клетки, органа или организма (87, 88). Это можно сделать с помощью микроскопического наблюдения за клетками in vitro , а также с помощью фантомов или информации, полученной с помощью компьютерной томографии для моделей животных и пациентов.

Определение зависимости доза-эффект

К сожалению, доступно очень мало доклинических исследований, чтобы продемонстрировать валидность в TRT линейно-квадратичной или линейной зависимости доза-эффект, как это обычно наблюдается при EBRT.В клинических исследованиях ТЗТ были выявлены интересные и обнадеживающие результаты о корреляции между дозой, поглощенной опухолью, и эффективностью лечения (89, 90), хотя сильной зависимости доза-эффект не было обнаружено даже при лимфоме (91), которая является заболеванием. чаще всего лечится ТЗТ. Strigari et al. сообщили, что среди 79 исследований по радиотерапии, посвященных дозиметрии, корреляция поглощенная доза-эффект была обнаружена в 48 (92). Тем не менее, существование зависимости доза-эффект (эффективность / токсичность) при ТЗТ все еще остается предметом дискуссий.Помимо выполнения точной дозиметрии, необходимо также определить наиболее важные биологические конечные точки. Действительно, наблюдение за уменьшением опухоли у пациентов затруднено, потому что ТЗТ в основном используется для лечения солидных опухолей небольшого объема или диссеминированного заболевания. Следовательно, другие параметры, такие как клинический ответ или выживаемость без прогрессирования, должны быть исследованы в качестве конечных точек для оценки эффективности ЗТТ и зависимости доза-эффект (90, 93).

Связь между поглощенной дозой и ассоциированной токсичностью для здоровых тканей (на основе уровня креатинина для токсичности почек, количества клеток крови для токсичности костного мозга или функциональных параметров печени) также изучалась на нескольких моделях таргетинга, включая PRRT (94).В таком случае терапевтические режимы могут быть основаны на максимальной поглощенной дозе, переносимой здоровыми тканями, а не на дозе, доставленной в опухоль.

Исследование явления «обратная мощность дозы»

В TRT мощность поглощенной дозы зависит от физического периода полувыведения радионуклида, его удельной активности и фармакокинетики переносчика (транзит, поглощение и клиренс). Следовательно, облучение обычно длится от часов до дней, и ожидается, что обычно низкие значения мощности поглощенной дозы (<1 Гр⋅ч -1 ) дадут клеткам время для восстановления повреждений.Поскольку клоногенная выживаемость клеток снижается при увеличении дозы или мощности дозы, эффективность TRT должна быть очень низкой. Однако это не так, и терапевтическая эффективность ЗТТ на Гр, когда доступно точное определение дозы, выше, чем у CEBRT (95, 96). Наблюдение, что низкие мощности поглощенной дозы в конечном итоге более цитотоксичны на Гр, чем дозы, доставленные при высокой мощности дозы, определяется как эффект обратной мощности дозы. Он был описан также после приема низких доз ДЛТ и может способствовать гиперчувствительности к низким дозам (95, 97–99).Было предложено несколько гипотез для объяснения этого эффекта, включая TRT-опосредованную синхронизацию клеток в фазе радиочувствительного клеточного цикла или дефекты в обнаружении низких уровней повреждения ДНК. Однако эти механизмы не могут быть обобщены (78), и биология TRT все еще требует изучения для каждой ситуации TRT. Были разработаны модели и концепции для уменьшения расхождений между теоретической зависимостью «доза-эффект» и реальными биологическими эффектами, измеренными у людей, с использованием четко определенных конечных точек (например, значений креатинина).Понятие биологической эффективной дозы (BED) было введено для учета биологических эффектов низких мощностей поглощенной дозы и способности к восстановлению, допускаемой длительным облучением, как это делается для фракционирования в EBRT. Для учета неоднородности распределения дозы используется концепция эквивалентной однородной биологически эффективной дозы (EUBED) (100). Однако этих улучшений может быть недостаточно, если необходимо принять во внимание все аспекты радиобиологии тканей, обработанных ТЗТ.Например, в большинстве дозиметрических подходов TRT, α / β все еще экстраполируются из данных EBRT, и эти значения следует подтвердить (101, 102).

Исследование нецелевых эффектов в TRT

Поскольку нецелевые эффекты описаны в основном после низких доз ДЛТ, их вклад в ЗТТ (50, 103–106) должен быть более заметным, поскольку доза обычно доставляется при низких мощностях доз (104). Следовательно, окончательная цитотоксичность TRT может быть суммой как целевых эффектов (описываемых соотношением поглощенная доза-эффект), так и нецелевых эффектов, которые, вероятно, будут описаны отсутствием взаимосвязи поглощенная доза-эффект и насыщенным ответом.Следовательно, необходимо изучить природу глобальной зависимости поглощенной дозы от эффекта, возникающей в результате обоих явлений.

Хотя анализ нецелевых эффектов при TRT является более сложным, чем при EBRT, несколько исследований in vitro и in vivo показали, что испускающие бета частицы, такие как высвобождаемые 3 H, включены в ДНК ( тимидин (3H-dThd) или 131 I, включенный в метаиодобензилгуанидин (131 I-MIBG), и оже-электроны, испускаемые 125 I, связанные с дезоксиуридином ( 125 IUdR) (26) или с антителами (106 ) может привести к нецелевым эффектам.Это также наблюдалось, когда эмиттеры альфа-частиц ( 213 Bi, 211 At) использовались для радиоактивной метки mAb (74, 75) или MIBG (105, 107) соответственно. Более того, препараты, которые препятствуют щелевым соединениям (например, линдан) или улавливают радикалов ОН (ДМСО), могут аннулировать нецелевой ответ в клеточной модели TRT (108).

Относительный вклад нецелевых эффектов по сравнению с прямыми воздействиями излучения может зависеть от природы TRT и, в частности, от мощности поглощенной дозы и LET (105–107).Можно было ожидать, что TRT будет вести себя как EBRT для частиц с большим радиусом действия, тем самым производя однородное облучение и в ситуациях с высоким поглощением радиоактивности опухолью, тем самым производя облучение с высокой мощностью дозы. Однако это требует дальнейшего подтверждения.

Заключение

Хотя методология изучения радиационной биологии в традиционной EBRT хорошо известна, необходимо разработать специальный метод, посвященный TRT. Это включает в себя твердый дозиметрический подход, который учитывает различные ситуации TRT и может стать эталоном.Более того, поглощенная доза и мощность поглощенной дозы, вероятно, будут критическими параметрами радиобиологического ответа на TRT. Также необходимо определить относительный вклад целевых и нецелевых эффектов в ответы органов и тканей на ТЗТ.

Доклинические эксперименты дают возможность изучить на простых моделях, как TRT действует на клетки и ткани с целью идентификации конкретных молекулярных и клеточных механизмов, как это было сделано в EBRT. Они могут предоставить способы улучшения ТЗТ с учетом радиобиологии и дозиметрии, чтобы перейти от подхода радиоактивной химиотерапии к истинно направленной лучевой терапии.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Этот документ был поддержан Мероприятием Nu1.1 Плана борьбы с раком на 2009–2013 гг. (ASC 13038FSA).

Список литературы

1. Despeignes V. Беспокойство, связанное с наблюдением за раковым заболеванием, характерным для районов Рентж.В: Lyon Medical Lyon: Librairie Médicale de Louis Savy (1896). п. 428–30; 503–6.

Google Scholar

12. Мацумото Х., Томита М., Оцука К., Хаташита М., Хамада Н. Оксид азота — ключевая молекула, служащая мостиком между радиационно-индуцированным наблюдателем и адаптивными реакциями. Curr Mol Pharmacol (2011) 4 (2): 126–34. DOI: 10.2174 / 1874467211104020126

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

13.Кадет Дж., Лофт С., Олински Р., Эванс М.Д., Бялковски К., Рихард Вагнер Дж. И др. Биологически релевантные окислители и терминология, классификация и номенклатура окислительного повреждения нуклеиновых оснований и 2-дезоксирибозы в нуклеиновых кислотах. Free Radic Res (2012) 46 (4): 367–81. DOI: 10.3109 / 10715762.2012.659248

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

17. Сазерленд Б.М., Георгакилас А.Г., Беннетт П.В., Лаваль Дж., Сазерленд Дж.С.Количественная оценка индукции и восстановления кластерных повреждений ДНК с помощью гель-электрофореза, электронной визуализации и анализа средней длины. Mutat Res (2003) 531 (1–2): 93–107. DOI: 10.1016 / j.mrfmmm.2003.08.005

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

22. Шайло Ю., Зив Ю. Протеинкиназа ATM: регулирование клеточного ответа на генотоксический стресс и многое другое. Nat Rev Mol Cell Biol (2013) 14 (4): 197–210.DOI: 10.1038 / nrm3546

CrossRef Полный текст | Google Scholar

29. Ламберт WC, Gagna CE, Lambert MW. Пигментная ксеродермия: ее частичное совпадение с трихотиодистрофией, синдромом Кокейна и другими прогероидными синдромами. Adv Exp Med Biol (2008) 637 : 128–37. DOI: 10.1007 / 978-0-387-09599-8_14

CrossRef Полный текст | Google Scholar

30.Jorgensen TJ, Shiloh Y. Ген ATM и радиобиология атакси-телеангиэктазии. Int J Radiat Biol (1996) 69 (5): 527–37. DOI: 10.1080 / 095530096145535

CrossRef Полный текст | Google Scholar

32. Барендсен Г.В., Беускер Т.Л., Вергрозен А.Дж., Будке Л. Воздействие различных излучений на клетки человека в культуре ткани. II. Биологические эксперименты. Radiat Res (1960) 13 : 841–9. DOI: 10.2307/3570858

CrossRef Полный текст | Google Scholar

33. Барендсен GW, Уолтер HM, Фаулер JF, Бьюли DK. Действие различных ионизирующих излучений на клетки человека в культуре тканей. III. Эксперименты с циклотронно-ускоренными альфа-частицами и дейтронами. Radiat Res (1963) 18 : 106–19. DOI: 10.2307 / 3571430

CrossRef Полный текст | Google Scholar

34.Barendsen GW. Кривые «доза-выживаемость» человеческих клеток в культуре тканей, облученных альфа-, бета-, 20-кВ. х- и 200-кВ. рентгеновское излучение. Nature (1962) 193 : 1153–5. DOI: 10.1038 / 1931153a0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

35. Barendsen GW. Модификация радиационного поражения путем фракционирования дозы, аноксии и химических протекторов по отношению к лету. Ann N Y Acad Sci (1964) 114 : 96–114.DOI: 10.1111 / j.1749-6632.1964.tb53565.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

36. Барендсен GW, Вальтер HM. Действие различных ионизирующих излучений на клетки человека в культуре тканей. iv. Модификация радиационного поражения. Radiat Res (1964) 21 : 314–29. DOI: 10.2307 / 3571569

CrossRef Полный текст | Google Scholar

37. Deschavanne PJ, Malaise EP.Значимость соотношений альфа / бета, определенных in vitro для линий клеток человека, для понимания значений in vivo. Int J Radiat Biol (1989) 56 (5): 539–42. DOI: 10.1080 / 09553008

  • 1701

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    39. Де Риддер М., Цзян Х., Ван Эш Г., Лоу К., Монсерт С., Ван ден Берге Д.Л. и др. IFN-гамма + CD8 + Т-лимфоциты: возможная связь между иммунным и лучевым ответами при гипоксии, связанной с опухолью. Int J Radiat Oncol Biol Phys (2008) 71 (3): 647–51. DOI: 10.1016 / j.ijrobp.2008.03.014

    Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    41. Калвели В.Л., Хан М.А., Йунг И.В., Вандик Дж., Хилл Р.П. Облучение легких крыс с частичным объемом: временные колебания повреждений ДНК в поле и вне поля и воспалительных цитокинов после облучения. Int J Radiat Biol (2005) 81 (12): 887–99.DOI: 10.1080 / 09553000600568002

    Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    44. Родинка RH. Облучение всего тела; радиобиология или медицина? Br J Radiol (1953) 26 (305): 234–41. DOI: 10.1259 / 0007-1285-26-305-234

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    45. Холлоуэлл Дж. Дж. Мл., Литтлфилд, LG. Повреждение хромосом, вызванное плазмой пациентов, получивших рентгеновское излучение: косвенный эффект рентгеновского излучения. Proc Soc Exp Biol Med (1968) 129 (1): 240–4. DOI: 10.3181 / 00379727-129-33295

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    46. ​​Почетный И., Леви А., Чернявски Л., Арутюнян Р., Оганесян Н., Погосян А. и др. Переносимая кластогенная активность в плазме от лиц, облученных в качестве аварийного персонала Чернобыльского реактора. J Cancer Res Clin Oncol (1994) 120 (9): 558–61. DOI: 10.1007 / BF01221035

    Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Радионуклидные методы в онкологии

    • Ресурс исследования

    • Исследовать

      • Искусство и гуманитарные науки
      • Бизнес
      • Инженерная технология
      • Иностранный язык
      • История
      • Математика
      • Наука
      • Социальная наука
      Лучшие подкатегории
      • Продвинутая математика
      • Алгебра
      • Базовая математика
      • Исчисление
      • Геометрия
      • Линейная алгебра
      • Предалгебра
      • Предварительное исчисление
      • Статистика и вероятность
      • Тригонометрия
      • Другое →
      Лучшие подкатегории
      • Астрономия
      • Астрофизика
      • Биология
      • Химия
      • Науки о Земле
      • Наука об окружающей среде
      • Здравоохранение
      • Физика
      • Другое →
      Лучшие подкатегории
      • Антропология
      • Закон
      • Политология
      • Психология
      • Социология
      • Другое →
      Лучшие подкатегории
      • Бухгалтерский учет
      • Экономика
      • Финансы
      • Менеджмент
      • Другое →
      Лучшие подкатегории
      • Аэрокосмическая техника
      • Биоинженерия
      • Химическая промышленность
      • Гражданское строительство
      • Компьютерные науки
      • Электротехника
      • Промышленное проектирование
      • Машиностроение
      • Веб-дизайн
      • Другое →
      Лучшие подкатегории
      • Архитектура
      • Связь
      • Английский

    .

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.