Radiofarmaci e Medicina Nucleare

La Medicina Nucleare rappresenta quella branca della medicina clinica che utilizza elementi o composti radioattivi in vivo o in vitro allo scopo di conseguire finalità diagnostiche, terapeutiche o di ricerca.

1903: il radio, un metallo fortemente radioattivo, scoperto nel 1898 dai coniugi Marie e Pierre Curie, si dimostra efficace nel trattamento del cancro.
La radioterapia si basa sulle azioni biologiche delle radiazioni ionizzanti ed è attuata con raggi emessi da elementi radioattivi. Le indicazioni più importanti della radioterapia sono rappresentate da alcune lesioni malformative (ad es. angiomi), da certe forme infiammatorie e degenerative (artriti e artrosi), da alcune endocrinopatie (ipertiroidismo) e soprattutto da lesioni neoplastiche.
La cura consiste in un vero e proprio bombardamento di radioattività mirato sul target d'interesse (es. cellule tumorali). Tale bombardamento può provenire sia dall'interno dell'organismo - dove il radioisotopo, opportunamente camuffato in forma di biomolecola specifica per il riconoscimento di determinati sistemi biologici, viene portato direttamente sull'obiettivo o target (es. 186/188Re illustrato in seguito) - che dall'esterno.
Di quest'ultimo caso si ha un esempio nella Cobaltoterapia che sfrutta il decadimento beta del 60Co:

La diagnostica in Medicina Nucleare ha il compito di stabilire gli aspetti radiologici dell'organismo normale e in stato di malattia così da raccogliere e vagliare tutti quegli elementi che possono comunque giovare all'identificazione e al chiarimento degli stati patologici. Si sfruttano perciò i radioisotopi come traccianti utili per l'osservazione di determinate regioni interne all'organismo. Le immagini del corpo umano (o di parte di esso), ottenute tramite rilevamento dei fotoni o delle particelle emessi dal radionuclide iniettato, trovano dunque importantissime possibilità di applicazione come occasione di frequenti indagini clinico-diagnostiche attese nell'ottica di una sempre più specifica e risolutiva problematica di ricerca clinica e terapeutica su soggetti umani.

L'ambito di utilizzo degli isotopi radioattivi in medicina si decide in funzione delle specifiche proprietà nucleari degli stessi. Si utilizzano, in particolare, radionuclidi in grado di emettere:[3]


Nella seguente tabella sono riportati alcuni dei principali radioisotopi utilizzati in medicina nucleare e le loro applicazioni prevalenti:

radioisotopo impiego
Tecnezio 99m In vivo. Viene usato per scintigrafie scheletriche, epatiche, renali, cerebrali, tiroidee, funzionalità epatica. Tempo di dimezzamento: 6 ore.
Fluoro 18 In vivo. Usato per la visualizzazione scintigrafica in campo oncologico, cardiologico (metabolismo cardiaco, del flusso coronario, etc.) e neurologico (diagnosi Alzheimer, epilessia, lesioni cerebrali traumatiche, etc.). Tempo di dimezzamento: 110 min.
Renio 188 In vivo. Impiegato come agente terapeutico nella cura di tumori e artriti e come tracciante analogo al 99mTc. Tempo di dimezzamento: 17 ore.
Cobalto 60 In vivo. Usato nella radioterapia dei tumori. Tempo di dimezzamento: 5 anni.
Iodio 131 In vivo. Usato per la diagnostica tiroidea e la cura dei tumori della tiroide, le renografie e l'indagine cosiddetta totalbody. Tempo di dimezzamento: 8 giorni.
Tallio 201 In vivo. Serve per scintigrafie del miocardio. Tempo di dimezzamento: 3 giorni.
Iodio 125 In vitro. Serve per tutte le analisi di radioimmunologia per il dosaggio degli ormoni tiroidei. Tempo di dimezzamento: 60 giorni.
Trizio Usato raramente. Tempo di dimezzamento: 12 anni circa.
Carbonio 14 Usato raramente.

Il fondamento della Medicina Nucleare consiste nella visualizzazione della struttura anatomica indagata. La diagnostica medico-nucleare in vivo si fonda essenzialmente sulla possibilità di studiare fenomeni fisiopatologici utilizzando dei radiocomposti, i quali, una volta somministrati nell'organismo umano sottoforma di semplici radionuclidi o di molecole radiomarcate, si comportano come traccianti di un particolare fenomeno biologico, permettendo, attraverso l'impiego di appositi rivelatori, di produrre immagini diagnostiche. La tecnologia che ne concretizza la realizzazione prende il nome di "Diagnostica per Immagini" (imaging) e si basa sull'impiego di particolari apparecchiature dotate di cristalli caratterizzati dalla proprietà di emettere fotoni quando colpiti da radiazioni g di energia superiore a qualche decina di KeV (gamma-camera). La radiazione emergente dall'organo e contenente le informazioni relative al suo stato clinico, viene così restituita sotto forma di immagine.
L'immagine finale (scintigrafia) è quindi totalmente generata dalla radiazione emessa dal radionuclide che si è localizzato nell'organo bersaglio sfruttando un ben preciso meccanismo biologico, il suo contenuto diagnostico avrà una valenza funzionale e non un semplice carattere morfologico.
Perciò la Medicina Nucleare si differenzia dalle altre discipline come la Radiologia, l'Ecografia e la Risonanza Magnetica Nucleare perchè non si limita a fornire informazioni di tipo morfologico ma rappresenta le funzioni biochimiche e fisiologiche dell'organo in esame.
E' richiesta la partecipazione attiva dell'organismo; si può fare la radiografia di un cadavere ma non una scintigrafia[3]

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L'informazione diagnostica o l'effetto terapeutico è legato all'utilizzo di radionuclidi

In entrambi i casi questi radiocomposti vengono detti radiofarmaci e, attualmente in base al D.L.vo n.178 del 29/5/91, sono classificati come specialità medicinali.[3]

Si tratta, in generale, di composti marcati con isotopi radioattivi per l'impiego in Medicina Nucleare e perciò preparati in forma idonea all’uso in vivo (secondo le normative della farmacopea ufficiale). Un radiofarmaco, quindi, è caratterizzato, oltre che dalla struttura chimica e dalla forma farmaceutica, anche dal radionuclide con cui è marcato, dalle cui proprietà dipende non solo la possibilità di sintesi del radiofarmaco e la sua stabilità, ma anche l'efficienza di rilevazione e la radioesposizione al paziente.
Pertanto, le caratteristiche ideali di un radionuclide destinato alla preparazione di un radiofarmaco possono essere considerate le seguenti:
  • emissione monoenergetica di sole radiazioni gamma di energia compresa fra i 100 e i 200 keV;
  • breve tempo di dimezzamento;
  • trasformazione in un nuclide stabile;
  • alta attività specifica;
  • alta purezza radionuclidica;
  • pronta disponibilità;
  • basso costo di produzione;
  • proprietà chimiche che permettono di legarsi facilmente a molecole di interesse biologico.[4]
Esempi di radiofarmaci gamma-emittenti

Storicamente, il primo radiofarmaco introdotto nella pratica clinica è stato lo Iodio-131 (131I), utilizzato nello studio delle patologie tiroidee.[5] Sono stati poi progressivamente sviluppati altri radiofarmaci che, come il 131I, avevano però caratteristiche fisiche e radio-biologiche non ottimali. Questo obbligava ad impiegarne quantitativi molto piccoli, che permettevano di ottenere solo immagini di qualità scadente, o precludevano del tutto la possibilità di ottenerle. L'impulso decisivo alla crescita della medicina nucleare, che ne ha permesso la trasformazione da branca della radiologia a disciplina autonoma, è venuto dalla ideazione del primo generatore di 99mTecnezio, costruito al Brookhaven Lab di New York nel 1958 e introdotto nell'uso clinico nel 1963. [6]

Fra tutti i radionuclidi proposti, infatti, il Tecnezio-99m è quello che ha proprietà più simili a quelle sopraindicate, anche se, essendo un metallo di transizione, e per di più non presente in natura, non entra facilmente a fare parte della struttura delle molecole biologiche. Ciononostante, grazie alle conoscenze acquisite sulle sue proprietà chimiche ideali, oggi è il radionuclide di gran lunga più utilizzato nella pratica clinica.

I radiofarmaci vengono somministrati direttamente al paziente, per via orale o endovenosa.
Tali somministrazioni non causano danni in quanto le dosi impiegate sono basse e i radioisotopi impiegati hanno tossicità ed energia molto bassa. Inoltre i nuclidi hanno tempi di vita media piuttosto ridotti e nel radiofarmaco sono generalmente presenti quantità di atomi inattivi che diminuiscono l’attività specifica del prodotto (radioattività per unità di massa dell’elemento, generalmente espressa in MBq o GBq / grammo).

La localizzazione del radiofarmaco, dopo somministrazione nei pazienti, e le informazioni o l'effetto terapeutico, da essi derivanti sono determinati dalle caratteristiche del radiofarmaco nel suo insieme:

I radionuclidi utilizzati in Medicina Nucleare vengono prodotti artificialmente tramite:

ACCELERATORI DI PARTICELLE CARICHE: CICLOTRONI
REATTORI NUCLEARI con processi di cattura neutronica (n, gamma): 98Mo(n, gamma) -> 99Mo
con processi di fissione (n,fissione): 235U(n, fissione) -> 99Mo
GENERATORI
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Bibliografia

  1. torna su http://www.bo.infn.it/scintirad/progetto.htm
  2. torna su Lee E.B., Shin K.C., Lee Y.J., Cheon G.J., Jeong J.M., Son M.W. Nucl. Med. Commun. 2003; 24: 689-696 (Abstract).
  3. torna su torna su torna su torna su Uccelli L. Radiofarmaci, Ferrara, Sezione di Medicina Nucleare 2003/04 ( http://web.unife.it/facolta/medicina/).
  4. torna su Dondi M., Giubbini R. Medicina Nucleare nella pratica clinica, Patron, Bologna, 2003, p. 57.
  5. torna su http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/nuclear-med-history.html
  6. torna su Richards P. 5th Nuclear Congress, 7th Int. Electronic Nuclear Symposium (Rome) 1960; pp. 223-244.

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