Technetium, ingredientul secret al scintigrafiilor

Ce sunt radiofarmaceuticele?

Sunt compuși radioactivi, alcătuiți dintr-o componentă cu radioactivitate scăzută, numită radionuclid, și o componentă non-radioactivă (o moleculă biologic activă): o substanță farmaceutică sau o celulă (e.g.: globule roșii, leucocite).

Componenta non-radioactivă:

Are rol de transport selectiv: asta înseamnă că acționează ca și purtător pentru izotopul radioactiv. Compoziția chimică a substanței farmaceutice permite distribuirea radiofarmaceuticului în circulația sangvină după injectare, ajungând într-un final, la organul sau țesutul țintă pentru care se dorește scanarea. În funcție de organul sau țesutul țintă, substanța prezintă o structură biochimică diferită.

Componenta radioactivă:

Există două tipuri de radionuclizi care se pot utiliza în medicina nucleară:  utilizați pentru a diagnostica o boală sau o afecțiune sau utiilizați pentru tratarea unor afecțiuni: tumori maligne (cancere) sau hiperactivitatea unor glande endocrine. În funcție de scopul pentru care este utilizat aceștia pot fi mai puternici in funcție de energia transmisă sau mai slabi.

Izotopii utilizați pentru diagnostic, emit raze gamma, asta însemnând că au o radioactivitate scăzută, având un timp de dezintegrare și eliminare scurt. Din acest motiv, radiofarmaceuticul trebuie preparat într-un timp limitat înainte de a fi administrat pacientului, întrucât acesta își poate pierde radioactivitatea rapid și nu mai poate fi utilizat pentru scanare imagistică (în cazul radioizotopului Technetium-99m, după ce este preparat cu substanța specifica pentru a produce radiofarmaceuticul, poate fi folosit într-un timp cu o durată de 6 ore).

Razele gamma sunt emise prin procesul de dezintegrare al izotopilor, iar în urma contactului dintre razele gamma și scintilatorul camerei SPECT, se produc fotoni care emit energie și care sunt convertiți mai departe într-un semnal electric. Semnalele sunt amplificate și sunt transformate în imagini ale organelor și țesuturilor țintă, care vor fi redate pe monitor.

Izotopii utilizați în scop terapeutic (radioterapie), emit raze beta, radiații care sunt mai puternic ionizante spre deosebire de razele gamma, și se mențin pe o perioadă mai lungă de timp. Ele acționează prin distrugerea celulelor care se multiplică rapid și necontrolat din tumorile maligne, reducând dimensiunile acestora până la eliminare.

Care este radioizotopul ideal?

Un radionuclid cu proprietăți nucleare ideale trebuie să emită radiații gamma în intervalul 100-600 keV (kilo electron volt), iar timpul de înjumătățire (viteza cu care este eliminată jumătate din concentrația administrată) trebuie să fie de ordinul a câtorva ore, pentru a împiedica expunerea suplimentară la radiații.

Radiofarmaceuticele utilizate pentru detecția cu aparatul SPECT sunt în general alcătuite din molecule de mici dimensiuni, legate de izotopi gamma precum:  Indium-111, Iod-123, Galium-67, Technetium-99m etc.

De ce este Technetium-99m cel mai utilizat radionuclid din medicină nucleară?

Radionuclidul cel mai utilizat în tehnicile de diagnostic din medicină nucleară este Technetium-99m, care este produs artificial, cu ajutorul unui sistem-generator, dintr-un alt element : Molibden-99, prin dezintegrarea acestuia sub forma de emisie de radiații beta.

Produsul final, pertehnetat de sodiu (Tc-99m), este obtinut prin elutie cu soluție salina sterila (NaCl).

Aproximativ 30 milioane de investigații imagistice pentru diagnosticul diverselor afecțiuni au loc în fiecare an, la nivel global, utilizând Technetium-99m (peste 80% din totalul examenelor imagistice nucleare/scintigrafiilor).

Datorită faptului că Technetium-99m poate fi produs artificial, s-a reușit obținerea unui radioizotop având cele mai ideale proprietăți pentru tehnicile de diagnostic din medicina nucleară:

  • energia emisă prin dezintegrare de 140 keV,  potrivită pentru camerele gamma: poate fi administrat pacienților în doze cu radiații mici.
  • timp de înjumătățire scurt, de numai 6 ore: jumătate din concentrația administrată se dezintegrează și elimină în decurs de 6 ore
  • disponibil pentru utilizare imediată și ușor de compus: poate fi preparat eficient în spitale sau centre/clinici specializate.

!Diferența dintre Technetium-99m și Technetium-99!

Technetium-99 poate exista în cantități foarte mici în natură. Timpul de înjumătățire al acestuia este de mii de ani.

Technetium-99m este produs artificial în scop medicinal, prin modificarea proprietăților chimice, dintr-un alt element, Molibden-99, cu ajutorul unui sistem-generator, și are un timp de înjumătățire de doar 6 ore, eliminându-se rapid din organism, ceea ce îl face ideal pentru utilizarea în tehnicile de diagnostic.

Radiofarmaceutice utilizate la Gauss Clinics:

RadiofarmaceuticComponenta non-radioactivă/farmaceuticăIndicația clinică
Tc-99m-Nanocoll/NanoscanParticule de albumină umană coloidalăLimfoscintigrafie (vizualizarea vaselor limfatice) sau detecția ganglionilor santinelă (ganglionii limfatici cu probabilitatea de a fi invadați de celule maligne)
Tc-99m-DTPAAcid dietilen-triamino-pentaaceticScintigrafie renală dinamică, măsurarea ratei de filtrare glomerulară (funcția rinichilor)
Tc-99m-DMSAAcid dimercaptosuccinicScintigrafie renală statică, evaluarea anomaliilor  de la nivelul parenchimului (țesutului) renal
Tc-99m-MDPMetilen bifosfonatScintigrafia osoasă: evaluarea metaboslimului osos (procese de resorbție și remodelare osoasă) , explorarea durerii de oase la pacienți cu radiografii negative
Tc-99m-MIBISestamibi (metoxi-isobutil-isonitril)Scintigrafie miocardică: perfuzia miocardică, evaluarea deficitului de debit cardiac
Scintigrafia paratiroidiană: hiperplazii și adenoame hiperfuncționale
Tc-99m (pertehnetat de sodiu)Fără substanță farmaceuticăDiagnosticul diverticulului Meckel: identificarea mucoasei gastrice ectopice, cauză de hemoragie ocultă
Scintigrafie tiroidiană: diagnostic boală Graves, gușă nodulară, tiroidită, noduli tiroidieni.

Farmacokinetica radiofarmaceuticelor pe bază de Tc-99m sau căile de excreție

  • Tc-99m (pertehnetat de sodiu):

1.5-2% din cantitatea administrată se acumulează la nivelul tiroidei în primele 24 ore, de la nivelul căreia se elimină neschimbat.

70-80% din radioizotop se leagă de proteine plasmatice (din sânge), iar fractia nelegată se distribuie constant către tiroidă și alte structuri, precum glandele salivare, mucoasa gastrică, plexul coroid, țesutul mamar glandular. Tc-99m se acumulează și la nivelul regiunilor cu vascularizație crescută sau permeabilitate vasculară anormală.

Timpul de înjumătățire de la nivelul circulației sangvine este de 3 ore.

Tc-99m se elimină în proporție de 25% pe cale renală în primele 24 ore, urmată de o eliminare pe calea tranzitului intestinal în următoarele 48 ore. La 48 ore de la administrare, radiofarmaceuticul este eliminat complet din organism.

  • Tc-99m-MIBI:

Radiofarmaceuticul se acumulează la nivelul miocardului viabil proporțional cu debitul sangvin local, cât și la nivelul adenoamelor paratiroidiene (modificări ale țesutului glandular paratiroidian). După administrarea intravenoasă, radiofarmaceuticul se distribuie rapid din circulația sangvină către țesuturile musculare (inclusiv către miocard), ficat, vezica urinară, iar o mică parte se distribuie și către glandele salivare și tiroide. După 10 minute de la administrare, doar 2.5% din concentrație se mai află în circulația sangvină.

În primele 60 minute de la administrare se remarcă o acumulare considerabilă a radiofarmaceuticului la nivelului ficatului și splinei, însă la testul de efort radiofarmaceuticul prezintă o distribuție mai marcată la nivelul cordului.

Eliminarea se face preponderent prin intermediul metabolismului hepato-biliar , către tractul gastro-intestinal, cu o cantitate adițională eliminată la nivel renal.

27% din doză inițială se elimină pe cale renală în primele 24 de ore, și 33% se elimină prin intermediul tranzitului intestinal (materii fecale) la 48 ore.

  • Tc-99m-Nanocoll/Nanoscan

Clearence-ul plasmatic depinde de dimensiunea particulelor coloidale; 10% din doza administrată se mai afla  în circulația sangvină la o oră de la administrare, cu o descreștere continuă a radioactivității la acest nivel.

O fracție din cantitatea administrată se elimină  de la nivelul patului vascular prin fagocitoză , și o altă fracție se distribuie din circulația sangvină la nivelul ficatului, splinei și măduvei osoase, care reprezintă căile principale de eliminare a radiofarmaceuticului.

După injecția administrată subcutanat între spațiile interdigitale ale mâinii sau picioarelor, 30-40% din particulele coloidale sunt filtrate în capilare limfatice, ajungând ulterior la noduli limfatici regionali . Drenajul de la acest nivel este cuprins între 1-35% în primele 24 ore.

Eliminarea de la nivel limfatic este lent și crește  odată cu mișcările extremităților. La 15 minute de mers ușor, doar 6-15% din radiofarmaceuticul administrat inițial se mai regăsește la  nivelul ganglionilor limfatici.

  • Tc-99m-MDP:

45-50% din substanța administrată se acumulează la nivelul matricei osoase, restul se excretă pe cale renală.

Maximul de substanță acumulată la nivel osos este atins la o oră de la administrare, și rămâne constantă timp de 72 ore, în cazul prezenței patologiilor care determină un debit sangvin și activitate osteogenică crescute.

Radioactivitatea din patul vascular dispare rapid, la 24 de ore regăsindu-se un procent de doar 2.3% din doză administrată inițial.

Eliminarea radiofarmaceuticului are loc pe cale renală, astfel: 32% din substanță se elimină la 1 oră de la administrare, 47% în două ore, 60% în 6 ore, iar excreția la 24 de ore este de 76.5%.

  • Tc-99m-DMSA

24% din substanța administrată se acumulează la nivelul cortexului renal ce prezintă afinitate crescută pentru substanță, la o oră de la administrare.

La o oră de la administrarea intravenoasă, aproximativ 25% din doza injectată se găsește la nivelul tubilor proximali, 30% în plasmă și 10% în urină.

Maximul de substanță acumulată la nivelul cortexului renal este atins la 3 ore de la administrare (aproximativ 50%), 20% din substanță se află la nivelul plasmei, mai puțin de 10% în ficat și mușchi, și 11.4% se elimină prin excreție urinară.

  • Tc-99m-DTPA

După administrarea intravenoasă, radiofarmaceuticul trece rapid în spațiul extravascular, traversând pereții vaselor capilare. O cantitate foarte mică se leagă de proteinele plasmatice (3.7%-10%).

Se elimină exclusiv pe cale renală, prin intermediul filtrării glomerulare, fără secreție tubulară (ceea ce îl face ideal pentru măsurarea directă a funcției renale), iar radioactivitatea poate fi observată la nivelul rinichilor , sistemelor colectoare și a pelvisului renal (urină).

De reținut:

Radiofarmaceuticul este un produs medicinal, administrat de regulă, prin injecție intravenoasă, care le permit medicilor să analizeze procesele funcționale, metabolice și biochimice din organism, și să determine cât de bine funcționează un organ.

O scintigrafie nu se poate realiza fără radiofarmaceutic sau fără radioizotop, întrucât energia produsă de radiațiile gamma rezultate din procesul de dezintegrare al acestuia, sunt necesare pentru a reconstrui imaginile organelor și țesuturilor din corpul nostru, prin intermediul aparatului SPECT, așa cum pentru realizarea unui CT sau radiografii sunt necesare raze X, iar pentru RMN sunt necesare câmpuri magnetice și unde radio.

Radiofarmaceuticele utilizate pentru diagnostic nu produc efecte farmacologice, iar administrarea lor nu este asociată cu efecte clinice secundare relevante (nu interferează cu funcția organului), spre deosebire de radiofarmaceuticele utilizate din terapia oncologică (tratamentul cancerelor), prin care se urmărește producerea efectelor clinice: eliminarea celulelor cu multiplicare rapidă ale tumorilor maligne.

Technetium-99m rămâne până la ora actuală cel mai utilizat radioizotop în imagistică medicală, datorită proprietăților sale nucleare ideale obținute artificial: proces de dezintegrare și eliminare rapid, utilizat în doze cu radiații mici, suficiente pentru crearea unor imagini de acuratețe înaltă ale organelor și țesuturilor prin intermediul gamma-camerei, și ușor de preparat în orice laborator, spital sau clinică acreditată.

Bibliografie:

Radiopharmacy: An Update, EANM Technologist’s Guide, 2019

MDPI, Applied Sciences, 2019, 9, 2526: A picture of Modern Tc-99m Radiopharmaceuticals: Production, Chemistry, and Applications in Molecular Imaging

Ecletica Química Journal, vol.44, no.3, 2019

www.epa.gov