Radiofarmacja

Radiofarmacja

Radiochemia

ligand łącznik biomolekuła

Chemia organiczna Chemia koordynacyjna Biologia molekularna

Rodzaje rozpadow

Rozpad przyklad zastosowanie g , EC 99m Tc a 211 At b b + 90 18 Y diagnostyczne terapeutyczne terapeutyczne F diagnostyczne Auger 125 I (PET) terapeutyczne

Radionuklidy w medycynie

Otrzymywanie radionuklidów Naturalne np. 226 Ra Reaktor jądrowy Cyklotron Generatory radionuklidów

Reaktor jądrowy

Reaktor jądrowy jest źródłem neutronów

- termicznych - wolnych - niskoenergetycznych

59 Co + n  60 Co

- szybkich - wysokoenergetycznych

47 Ti + n  47 Sc + p

rozszczepienie 235 U 235 U 90 Sr, 99 Mo, 103 Ru 131 I,

Akcelerator

Bombardowanie protonami 18 O + p



18 F + n Bombardowanie cząstkami

a

209 Bi +

a 

211 At + 2n

Generatory radionuklidów

99 Mo  2    99m Tc  6   99 Tc Dojenie radionuklidów

Radioizotop 131 I 67 Ga 99 Mo (generator) 99m Tc 111 In 123 I 201 Tl

Radionuklidy diagnostyczne

T 1/2 Typ rozpadu E( g ) keV 8 dni 3,26 d 2,75 d b EC (100%) b (100%) EC (100%) 364 93, 185 181,740 6,0 h 2,8 d 13,2 h 3,06 d EC(100%) EC (100) EC (100) EC (100) 141 173, 247 159 69-82 Reakcja jądrowa syntezy 235 U(n,f) 68 Zn(p,2n) 235 U(n,f) 98 Mo(n,g) 112 Cd(p,2n) 123 Te(p,n) 203 Tl(p,3n) 201 Pb(EC) 201 Tl

Diagnostyczna medycyna nuklearna

Chemia technetu Gamma [ 99m TcO 4 ] [ 99 TcO 4 ] [ 99m TcO 4 ] -

redukcja

[ 99m TcO 3+ ]

redukcja

[ 99m Tc 3+ ] S E O M S S R

(M = Tc;Re; E = N(R'), S)

R OC S O NH 2 Tc O CO CO

Tc -cysteina

Nowe chelaty Tc/Re M(I) tricarbonylkowe H O

Tc(I) konfiguracja 4

d

6 (niskospinowa)

OH 2 H 2 O OH 2 M OC CO OH OH CO P P Cl OH M OC CO CO + R OC S S CH 3 Cl M CO CO OC M CO CO R R OC N N Cl M CO CO

+1 MIBI TBI

TBI pozostaje w mięśniu sercowym przez ponad 1 godz.

Skany mięśnia sercowego

Jak działa pozytonowa tomografia emisyjna (PET) W PET wykorzystuje się nuklidy z niedomiarem neutronów rozpadające się według rozpadu b + . Pozyton emitowany przez nuklid jest natychmiast anihilowany z elektronem e + + e  2x 511 keV

Diagnostyczne - PET E( g ) keV Radioizotop 11 13 15 18 C N 0 F 68 Ge (generator) 68 Ga 82 Sr (generator) 82 Rb T 1/2 20,4 min 10,0 min 2.0 min Typ rozpadu b + (99.8%) EC (0.2%) b + (100%) 109.6 min 271 dni 68 min 25 d 1.3 min b + (99.9%) EC (0.1) b + + (97%) EC (3%) EC (100%) b + (90%) EC (10%) EC (100%) b + (96%) EC (4%) 511 511 511 511 511 1077 511 776 Reakcja jądrowa syntezy 14 N(p, a ) 16 O(p, a ) 14 N(d,n) 15 N(p,n) 18 O(p,n) 20 Ne(d, a ) RbBr(p,spall) Mo(p,spall) 85 Rb(p,4n)

2-Deoxyglucose

HO HO HO

C2

H O OH

HO HO HO

2-Deoxyglucose

OH Glucose O OH HO HO O HO 18 F OH 2-Deoxyglucose (DG) Hexokinase Glucose-6-PO 4 Hexokinase 2-DG-6-PO 4 spułapkowana glycogen Cykl Krebsa

Metabolizm glukozy

C 6 H 12 O Glucose 6 HEXOKINASE C 6 H 11 O 6 -6-PO Glucose-6-PO 4 4 glycolysis + TCA cycle (36-38 ATP) glycogen pentose shunt C 6 H 12 O 5 F [

18 F

]fluoro deoxyglucose FDG HEXOKINASE C 6 H 11 O 5 F-6-PO [

18 F

]fluoro deoxyglucose-6-PO 4 FDG 4 X spułapkowana

Podstawienie nukleofilowe 18 F AcO AcO AcO OTf O 18 F[F ],K222 AcO AcO OAc AcO

18 F

O HCl OAc HO HO HO

1 8 F

FDG O OH

Bioscan FDG aparat do automatycznej syntezy

ACTIVATION STUDIES WITH FDG-PET

Metabolizm glukozy w różnym wieku

FDG diagnostyka nowotworów Ze względu na szybki metabolizm komórki nowotworowe konsumują znacznie więcej glukozy niż zdrowe komórki

CT FDG - PET

67

Ga - cytryniany

• W komórkach nowotworowych jest więcej receptorów transferyny niż w zdrowych • Fe 3+ /Fe 2+ Ga 3+ • O ile Fe 3+ (z transferyną) jest pochłaniany przez komórki to jest także łatwo wydalany w postaci Fe 2+ • Ga nie ma stopnia utl 2+ i nie może być wydalony

1,7 MeV

b

0,30-0,60 MeV

b

-

a

-5,3 MeV Elektrony Augera Zakres mm

Terapeutyczne Emitery Auger 123,125 I, 99m Tc, 101m Rh, a 211 At, 225 Ac, 212,213 Bi, 212 Pb Miękkie i średnie b 131 I, 153 Sm, 169 Er, 177 Lu, 47 Sc, 105 Rh, 186 Re, Twarde b 90 Y, 188 Re, 89 Sr

radionuklid T 1/2 Radionuklidy terapeutyczne typ rozpadu (MeV) max. zasięg

Jakie wymagania musi spełnić radionuklid terapeutyczny?

1. odpowiednia energia emitowanej cząstki, 2. T 1/2 między 1 godz. a 10 dni, 3. duży przekrój czynny reakcji jądrowej syntezy, 4. dobrze, gdy można go otrzymać w reaktorze jądrowym, 5. łatwe wydzielenie z tarczy, 6. możliwość otrzymania w formie beznośnikowej, 7. łatwość wydzielenia z tarczy

radionuklidy beznośnikowe

176 Lu + n  177 Lu - nośnikowy 176 Yb +n  177 Yb  177 Lu - beznośnikowy Zalety radionuklidów beznośnikowych - duża aktywność właściwa, - znakowanie wszystkich centrów aktywnych biomolekuły - duży efekt terapeutyczny

Emitery elektronów Augera • 125 I, 67 Ga, 103m Rh • Ogromna efektywność promieniowania, cala energia jest lokalizowana w pobliżu rozpadu.

• Uszkodzenia podwójnie niciowe DNA • Radiofarmaceutyk musi połączyć się z DNA, np. 125 I DNA prekursor.

Sciana komórki Ściana jądra Przyłączenia do DNA zerwanie nici

Emitery

a • • • 211 At otrzymywany w cyklotronie 209 Bi + a  211 At + 2n 212 Bi, 213 Bi otrzymane z generatorów • Bardzo duży efekt terapeutyczny

Emitery

b Grupa 3 + lantanowce oraz 105 Rh, 186,188 Re Zasięg od 1 do 12 mm

DOTA Połączenia chelatowe lantanowców Ln 3+ DOTP

Radionuklidy w formie prostych jonów •

131

I – terapia tarczycy, • [

32

P]PO

4 -

, [

89

Sr]Sr

2+

, [

90

Y]Y

3+

, terapia kości • Radionuklidy wbudowują się w strukturę hydroksyapatytów Ca

10

(PO

4

)

6

(OH)

2

Biomolekuły terapeutyczne Peptydy

somastatyna analogi

i.v.

peptidases

S Znakowane peptydy

1. receptor binding 2. internalization

S tumour cell liver

hepatobiliary excretion

kidney

renal excretion

Przeciwcialo monoklonalne z przyczepionym radioizotopem

Terapia wychwytu neutronów Niektóre stabilne izotopy wykazują ogromny przekrój czynny dla neutronów. W medycynie znalazły zastosowanie dwa izotopy 10 B (przekrój czynny 3838 barnów) i 157 Gd (255000 barnów). Przeciwciała znakuje się tymi nuklidami i akumulują się one w chorej tkance. Następnie naświetla się organizm strumieniem neutronów o takiej wielkości aby głównie były pochłaniane przez 10 B lub 157 Gd. Następują reakcje:

10 5 B



n



7 3 Li



α

lub

157 Gd +n



158 Gd +

g Po pochłonięciu neutronu emitowana jest cząstka niszczącej chore komórki lub wysoenergetyczny kwant a g i 7 Li o dużej sile w przypadku 157 Gd.

Metoda terapii 157 Gd może być połączona z obrazowaniem NMR co zwiększa jej efektywność.