Radiofarmaceutyki – „koń trojański” przeciw nowotworom
Nowoczesne radiofarmaceutyki potrafią tropić chore komórki, świecić w organizmie niczym biologiczny GPS albo niszczyć nowotwór z dokładnością do kilku komórek. O przyszłości medycyny nuklearnej, aktynie-225 i „inteligentnych lekach” opowiada dr inż. Rafał Walczak z Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej, Centrum Radiochemii i Chemii Jądrowej w Warszawie.
Maj został ogłoszony przez Polskie Towarzystwo Medycyny Nuklearnej (PTMN) Miesiącem Medycyny Nuklearnej. Ta ogólnopolska inicjatywa ma na celu upowszechnienie wiedzy o wykorzystaniu radiofarmaceutyków w ratowaniu zdrowia i życia pacjentów. W ramach tegorocznych obchodów szczególny nacisk położono na edukację pacjentów oraz rozwój teranostyki – nowoczesnego podejścia łączącego diagnostykę z celowaną terapią izotopową.
Radiofarmaceutyki bywają nazywane „inteligentnymi lekami” albo „koniem trojańskim” medycyny. Jak właściwie działają?
Bardzo trafne porównanie. W radiochemii często mówi się o idei „magicznego pocisku”. Chodzi o to, żeby związek promieniotwórczy przeszedł przez organizm możliwie niezauważony, nie uszkadzając zdrowych tkanek, dotarł dokładnie do celu – czyli na przykład komórek nowotworowych, wykonał swoją pracę, a następnie został wydalony z organizmu. To brzmi trochę jak science fiction, ale dziś jest już codziennością medycyny nuklearnej.
Radiofarmaceutyki możemy podzielić na kilka grup. Najprostsze wykorzystują naturalne powinowactwo pierwiastków do konkretnych organów. Na przykład radioaktywny jod bardzo chętnie trafia do tarczycy, bo tarczyca po prostu „lubi” jod. Z kolei radioaktywny rad zachowuje się podobnie do wapnia i odkłada się w kościach.
Druga grupa działa bardziej ogólnie. Tu najlepszym przykładem jest fluorodeoksyglukoza, czyli słynne [18F]FDG, używane w badaniach PET. To analog glukozy – cukru, który nasze komórki wykorzystują jako paliwo. Komórki nowotworowe rosną bardzo szybko, więc są energetycznymi żarłokami. Pochłaniają ogromne ilości glukozy, a razem z nią radiofarmaceutyk. Można powiedzieć, że rak sam zaprasza do środka śledczego identyfikującego zmianę nowotworową.
Czyli nowotwór sam daje się oszukać?
Dokładnie tak. Problem polega tylko na tym, że nowotwór nie jest jedyną tkanką zużywającą dużo energii. Nasz mózg też jest potężnym konsumentem cukru. Dlatego przed badaniem PET pacjent musi być wyciszony i spokojny. Im intensywniej myślimy, stresujemy się albo rozwiązujemy problemy, tym więcej radiofarmaceutyku może trafić do mózgu.
A państwo zajmują się już bardziej zaawansowanymi radiofarmaceutykami?
Tak, przede wszystkim radiofarmaceutykami celowanymi. To już bardzo precyzyjne konstrukcje biologiczno-chemiczne. Jako wektory do przenoszenia radioizotopów wykorzystujemy białka, peptydy albo fragmenty przeciwciał, które potrafią rozpoznawać konkretne receptory obecne na komórkach nowotworowych. Te receptory często albo w ogóle nie występują w zdrowych tkankach, albo występują tam w minimalnej ilości, natomiast na komórkach nowotworowych są wręcz „nadprodukowane”. Do takiego biologicznego „adresu” dołączamy radionuklid i wysyłamy go do organizmu. To trochę jak nadanie paczki kurierem z bardzo dokładnym kodem pocztowym.
Radiofarmaceutyki kojarzą się głównie z onkologią, ale zastosowań jest więcej.
Zdecydowanie. Onkologia jest dziś najważniejszym obszarem, ale niejedynym. Istnieją radiofarmaceutyki stosowane w diagnostyce choroby Alzheimera, w badaniu pracy mózgu, w kardiologii czy diagnostyce stanów zapalnych. W jednym z naszych projektów pracowaliśmy nad radiofarmaceutykiem do diagnostyki zespołu stopy cukrzycowej. Do antybiotyku dołączaliśmy radionuklid diagnostyczny. Taki związek kumulował się w miejscach stanu zapalnego i martwicy. Dzięki temu lekarze mogli bardzo precyzyjnie określić, gdzie kończy się tkanka martwa, a zaczyna zdrowa. A to ma ogromne znaczenie przy planowaniu amputacji – czasem różnica kilku centymetrów decyduje o sprawności pacjenta.
Jak właściwie wygląda diagnostyka przy użyciu radiofarmaceutyków? Jak organizm „świeci” lekarzom?
W diagnostyce używamy radionuklidów emitujących promieniowanie gamma albo beta plus, czyli pozytony, które w wyniku anihilacji z elektronami zamieniają się na promieniowanie gamma. To promieniowanie jest wystarczająco przenikliwe, żeby wydostać się z organizmu. Pacjentowi podaje się radiofarmaceutyk, a następnie specjalne kamery gamma albo tomografy PET rejestrują, gdzie ten związek się zgromadził. Komputer zamienia to później w dwu- lub trójwymiarowy obraz. Można powiedzieć, że radiofarmaceutyk działa trochę jak biologiczny GPS.
Rolą lekarza jest potem odróżnienie naturalnego rozmieszczenia związku w organizmie od miejsc patologicznych. Jeśli radiofarmaceutyk pojawia się tam, gdzie teoretycznie nie powinien – to sygnał alarmowy.
W ten sposób można też diagnozować Alzheimera?
Tak. W mózgu pewne obszary powinny być aktywne podczas określonych procesów. Jeśli widzimy, że dany obszar nie wychwytuje radiofarmaceutyku albo robi to znacznie słabiej niż powinien, może to oznaczać zaburzenia funkcjonowania tej części mózgu.
A serce?
W kardiologii stosowano między innymi radioaktywny tal-201. Łączy się on z czerwonymi krwinkami i trafia do mięśnia sercowego. Zdrowe fragmenty serca wychwytują go prawidłowo, natomiast uszkodzone – na przykład po zawale – już nie. Dzięki temu można zobaczyć, które obszary serca działają prawidłowo, a które zostały uszkodzone.
Jak wygląda produkcja radiofarmaceutyków? To rzeczywiście laboratoria rodem z filmu science fiction?
Jest pani blisko prawdy. Produkcja odbywa się w tzw. komorach gorących. To specjalne stanowiska osłonięte grubymi warstwami ołowiu i szkła ołowiowego. Operator jest oddzielony od materiału promieniotwórczego i pracuje przy pomocy manipulatorów albo automatycznych syntezerów. Wszystko po to, żeby ograniczyć dawkę promieniowania. Wygląda to trochę jak połączenie laboratorium chemicznego, sejfu bankowego i kokpitu statku kosmicznego.
A potem zaczyna się wyścig z czasem.
Zgadza się. Niektóre radionuklidy rozpadają się bardzo szybko. Fluor-18 używany w PET ma czas półtrwania około dwóch godzin. To oznacza, że po tym czasie połowa aktywności znika. Dlatego cały proces musi działać błyskawicznie: synteza, kontrola jakości, transport do szpitala, podanie pacjentowi. Czasem radiofarmaceutyki jadą specjalnym transportem samochodowym, czasem lecą samolotem. Radiochemicy i logistycy żyją trochę według zegara atomowego.
Pacjenci nie boją się słowa „promieniowanie”?
Oczywiście część osób ma obawy, ale pacjenci są bardzo dokładnie informowani o przebiegu procedury i ryzyku. Poza tym trzeba pamiętać, że mówimy o medycynie stosowanej wtedy, gdy korzyści zdecydowanie przewyższają ryzyko.
Po podaniu radiofarmaceutyku pacjent przez pewien czas może go wydalać z organizmu. Dlatego czasem przebywa w izolacji, a ścieki – nawet woda spod prysznica czy pościel – są odpowiednio magazynowane do czasu rozpadu radionuklidu. To brzmi groźnie, ale wszystko odbywa się według bardzo rygorystycznych procedur bezpieczeństwa.
Dużo mówi się dziś o emiterach alfa, zwłaszcza o aktynie-225. Dlaczego są tak obiecujące?
Promieniowanie alfa niesie ogromną energię, ale ma bardzo krótki zasięg – rzędu kilku komórek. To jego największa zaleta. Jeśli taki radionuklid trafi dokładnie do nowotworu, może bardzo skutecznie niszczyć komórki rakowe, jednocześnie oszczędzając zdrowe tkanki wokół. Aktyn-225 jest jednym z najbardziej obiecujących radionuklidów terapeutycznych i mam okazję z nim pracować.
Czy to już era medycyny personalizowanej?
W dużym stopniu tak. Dla różnych nowotworów potrzebujemy różnych wektorów biologicznych. Inaczej „adresujemy” raka prostaty, inaczej nowotwory neuroendokrynne, a jeszcze inaczej przerzuty do kości. Do tego dawkę promieniowania dobiera się indywidualnie do pacjenta – między innymi do masy ciała i stanu organizmu. Nie istnieje jeden uniwersalny lek na raka. Każdy nowotwór to trochę inny przeciwnik.
W państwa środowisku funkcjonuje zaskakujące określenie „dojenie krowy”.
Tak, i wbrew pozorom nie ma to nic wspólnego z rolnictwem. „Krową” nazywamy generator radionuklidowy. W takim generatorze znajduje się radionuklid „matka”, który rozpada się do radionuklidu „córki”. My za pomocą odpowiednich roztworów „wydoimy” właśnie tę córkę – czyli potrzebny nam radionuklid do syntezy radiofarmaceutyku. To bardzo obrazowy termin i przyznam, że wyjątkowo dobrze się przyjął.
Polska jest samowystarczalna izotopowo?
W dużym stopniu tak. Polska jest bardzo ważnym graczem na rynku radioizotopów dzięki reaktorowi badawczemu „Maria” w Świerku. Produkujemy wiele radionuklidów wykorzystywanych nie tylko w kraju, ale też eksportowanych za granicę. Mamy również centra cyklotronowe produkujące fluor-18 do diagnostyki PET.
Oczywiście nie wszystkie radionuklidy jesteśmy w stanie wytwarzać sami, ale pod względem medycyny nuklearnej Polska naprawdę ma czym się pochwalić.
A jaka jest przyszłość radiofarmaceutyków?
Duże nadzieje wiążemy z emiterami elektronów Augera. To promieniowanie o ekstremalnie krótkim zasięgu – praktycznie działające w obrębie pojedynczej komórki. Jeśli taki radionuklid trafi do jądra komórkowego, może bardzo skutecznie uszkadzać DNA nowotworu przy minimalnym wpływie na otoczenie.
Naszym wielkim marzeniem jest też stworzenie idealnego wektora – cząsteczki, która trafiałaby wyłącznie do chorej tkanki i nie była zatrzymywana przez naturalne filtry organizmu, takie jak wątroba, nerki czy śledziona. I choć prawdopodobnie nigdy nie będzie jednego uniwersalnego leku na wszystkie nowotwory, to z roku na rok jesteśmy coraz bliżej terapii naprawdę precyzyjnych.
Rozmawiała Mira Suchodolska
Przeczytaj także: „Terapie radioligandowe rewolucjonizują leczenie onkologiczne”.
