funzioni - asmn.re.it · brain, ca. cell. squam.; ... colon esofago ycervello yprostata polmoni...
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possibilità di monitorare funzioni cellulari, normali o alterate, e processi molecolari in sistemi viventipossibilità di monitorare funzioni cellulari, normali o alterate, e processi molecolari in sistemi viventi
non perturbazione
non perturbazione
biomarkerbiomarker
target specifici
pathwaybiochimici
biologia molecolare
tecnicheimaging
interazionemolecolare con sistema
(lesione, organismo)
18FDG
18F‐FES
caratteristiche chimico‐fisiche(carica, φ, δ, μ...)
perturbazione (eventuale) del sistema
β+
2
imagingeffetti
imagingcause
6
radionuclide β+ sempre
carrier quasi sempre
legante
emissione β+
farmacocinetica attività biologica*
permette legame radionuclide‐carrier
spesso
[18F]NaF
non nei fluorurati
9
adatti ad individuare vari tipi di tumore (indicazione generale) perchéseguono meccanismi metaboloci o cellulare alterati per la sola presenza della potologia (es.: 18FDG)
adatti ad individuare vari tipi di tumore (indicazione generale) perchéseguono meccanismi metaboloci o cellulare alterati per la sola presenza della potologia (es.: 18FDG)
individuano fenomeni peculiari di un certo tipo di tumore/patologia (es.: ipossia con 18FMISO)
individuano fenomeni peculiari di un certo tipo di tumore/patologia (es.: ipossia con 18FMISO)
18FDG18FDG
1976
2010
oncologia
oncologia
10
CELLULACELLULA
OH
glucosioglucosio
esochinasi
glicolisi
piruvato
ciclo acidocitrico
fosforilazioneossidativa
EE
EEsintesi nucleotidi
GLUT‐1
resp.anaer.
11
ribosomi (sintesi proteica de novo)
ciclo di Krebbs e produzione di energia/(glucosio)
precursori di varie biomolecole; ‐CH3
proteine
sangue
EE
oncogeni deregolati: trasportatori
sintesi proteica per cellula neoplastica
produzione inefficiente di E
12
2‐[18F]fluoro‐L‐tyrosine
O‐(2‐[18F]fluoroethyl)‐L‐tyrosine
L‐3‐[18F]fluoro‐α‐methyl‐tyrosine
[18F]fluoro‐L‐dihydroxyphenylalanine
cervello, linfomitopi espres.nuove prot.uomo mecc. pred. è trasp. AA.≠mecc. di FDG per stesse lesioni.ingresso cellulare simile DOPA
NSCLC, carcinoidi, t. muscolo‐schel., sens.<FDG; spec. > FDG miglior differenz. les. ben.‐mal. perché più correlata con neoang. e prolif. (HIC)poco studiata, stereois. d‐ ++ eff.
iPSRR%
1997
iPSR *R% media
1989
1999
iPSRR% alta
poco stud.: melanoma, brain, ca. cell. squam.; non sost. FDG; utile in paz selez. per differ. >tum. infiamm., (import. gliomi per assorb. FDG) iPSR *
1989 metabolita della Tyr, disord. sist.dopaminergico
decarb FDOPA e fuoriusc. bloccata da carbidopa (inibit. decarbossill)
oncol.: melan., mamm. Recent.:carc., midoll. tiroide, feocrom. (altern. a 11C‐MET per t. cerebr. prim.)
topi anche espress nuove prot.; uomo >>iPSR
FDOPA<sens FDG, ma >spec. sia perché trac. fenom. div. e < assorb basale; tum.uptake veloce
promett. radiotrac. onco.
R% 6‐>> ‐2
Riferimenti: MET = [11C‐metil]‐metionina ; ILT L‐3‐[123I]iodo‐α‐metiltirosina
2002
13
somatostatinasomatostatina
68Ga‐DOTA‐TOC/NOC/TATE; 123I‐Tyr3‐octreotide; 111‐In‐DTPA‐d‐Phe1‐octreotide (111‐In‐pentetreotide)
analoghi
1994
biodistrib. miglioresolub. accumulo epatico elimin. renale ratio T/B >
pessimi tracciantiratio T/B: ‐ accumul. epatico
14
FBAUFMAU FAU
3'‐deoxy‐3'‐[18F]fluorothymidine
tasso prolifer. caratteriz. neoplasiarelaz. FDG uptake:prolif. = complessa! sintesi proteica:prolif. (correlati indiret.)SINTESI NUOVO DNA correlato
tasso prolifer. caratteriz. neoplasiarelaz. FDG uptake:prolif. = complessa! sintesi proteica:prolif. (correlati indiret.)SINTESI NUOVO DNA correlato
1991
R%
Timidin chinasi TK1 (attività ciclo cell‐ dipend.)TK1 dereg. in tumori 15x (pRb, E2F, DNA indip.)
Timidin chinasi TK1 (attività ciclo cell‐ dipend.)TK1 dereg. in tumori 15x (pRb, E2F, DNA indip.)
diff.
trasp.med.
TK1 TK1 TK1 TK1
UPTAKE NUCLEOSIDIUPTAKE
NUCLEOSIDI
FLT correla con Ki‐67 e [3H]Timidina rispetto FDG.specificiità sensibilità
uptake midollo, fegato, reni ‐ cervello (metastasi??)no uptake infiammazioni (?)FLT per diagnosi/staging ?FLT per valut. risposta precoce trattam specificità FLT tracciante ancora da studiare meglio
FLT correla con Ki‐67 e [3H]Timidina rispetto FDG.specificiità sensibilità
uptake midollo, fegato, reni ‐ cervello (metastasi??)no uptake infiammazioni (?)FLT per diagnosi/staging ?FLT per valut. risposta precoce trattam specificità FLT tracciante ancora da studiare meglio
FLT:FDGFLT:FDG
tracciante HIVtracciante HIV
linfomi, pancreas, colon‐ retto, t. toracici, polmonelinfomi, pancreas, colon‐ retto, t. toracici, polmone
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gonadi (test., ovai), mid.surr.placenta
maturaz. e funz. sessuale, car.second.
asse ipotalamico‐ipofisario
gonadi (test., ovai), mid.surr.placenta
maturaz. e funz. sessuale, car.second.
asse ipotalamico‐ipofisario
plasma
citopl.
lipoproteine
ormoni sessuali ► ruolo in tumori (seno, prostata, ovaio)ormoni sessuali ► ruolo in tumori (seno, prostata, ovaio)estrogeni► tumore seno
60‐70% ER+; 50% ER+ risp. tamoxifeneER+ HIC, no metastasi
estrogeni► tumore seno60‐70% ER+; 50% ER+ risp. tamoxifene
ER+ HIC, no metastasi
+ 20 anal.
ANALOGHI
ALTA AFFINITA' PER RECET.(=SPECIFICITA')
ALTA AFFINITA' PER SBG
ELEVATO UPTAKE
NON METABOL. PLASMA
F poco stud.
analoghi norprogesterone
analoghi testosterone
ES‐solfati►tumore95 % alb.
SBG ERs
SBG
16β‐[18F]fluoromoxestrolo
1984.
R%
16α‐[18F]fluoroestradiolo‐17β 16α‐[18F]fluorestradiol‐3,17βdisulphamate
inibitore ES‐solfatasi
2001
R.aut%
aff. per CA!
molto promettentinon ancora uso clinico
risult. scoraggiantibiodistrib non effic
non ancora uso clinico
buono su paz.seleznon sempre >FDG
colesterolocolesterolo
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amminoalcol derivato da ammina quaternariaamminoalcol derivato da ammina quaternaria
precurs. di molte molecolefosforilcolinaacetilcolina fosfolipidi
precurs. di molte molecolefosforilcolinaacetilcolina fosfolipidi
colina colina
[18F]fluoropropylcholine
[18F]fluoroethylcholine
FPCFMEC
FECFCH
[18F]fluorocholine
1997
polmoni
colon
esofago
cervello
prostata
polmoni
colon
esofago
cervello
prostata
11C‐Cho11C‐Cho
deregolazione colin chinasi (CK) prolif. necess. compon. memb. cell.
deregolazione colin chinasi (CK) prolif. necess. compon. memb. cell.
livel. colina cellula (fond. fisiopatolog.)
livel. colina cellula (fond. fisiopatolog.)sintesi de novo lenta uptake prolif.sintesi de novo lenta uptake prolif.
1997
trasmissione colinergicatrasduzione del segnale
sintesi fosfolipidisupera barriera EE(fond. nel cervello)
trasmissione colinergicatrasduzione del segnale
sintesi fosfolipidisupera barriera EE(fond. nel cervello)
fosforil‐colinafosforil‐colina
alimentazione
vitamina J (B)
sint. de novoRecet.
Recet.
Colin chinasiR.aut % m
R.aut % m
11C‐Cho, 18FCH, 18FECaff. strutt
assorbimento simile
18FOHN+
[18F]fluoromethylcholine
[18F]fluoroethylmethylcholine
F18 CH2
CO
O[18F]fluoroacetato[18F]FAC
a.grasso sintasi
17
pO2 (mmHg)
% tracer uptake % radiosensibilità
200 100cellule più resistenti* ai trattamenti radioterapici
O2
H2O2
•OH ipossia
normossia
modello compartimentale binario
import. valut.estensione e grad.
ago EppendorfHIF‐1α
pimonidazolo
ago EppendorfHIF‐1α
pimonidazolo
definire piano tratt.prevedere risultatidefinire piano tratt.prevedere risultati
64Cu‐ATMS/ATSE/DTSM18F‐MISO
[18F]fluoromisonidazole
1995
R%
riduttasi
2001
R%
pochi studi> FMISO>r:T/B e T/M
[18F]fluoroeritroimidazolo [18F]fluoroetanidazolo 1997
≡FMISOfegatotr.urin
1995 2001*[18F]fluoronitroimidazolo‐acetamide e analogo pentafluorurato
usato HICcorr.HIC
e Eppendnon uomo
•[18F]fluoropropylnitroimidazole (FNP) – 18F‐FAZA
[18F]‐NaF
idrossiapatiteidrossiapatite
fluorossiapatitefluorossiapatite
18F18F [99mTc] risultati simili SPECTcosti
1950 –FU analogo pirimidinico proposto come chemioterapico (antimetabolita)
5‐FU F‐nucleotide
fegato FUH2inattivo
reni
biodistrib. non ottim.biodistrib. non ottim.
correlazione con risp. trattam. 5‐FU
uptake metastasi
poco adatto per diagnosi
18
[18F]‐FU
METABOLISMO OSTEOBLASTI
METABOLISMO NUCLEOTIDI
5‐[18F]flurouracile
Il confronto con un radiotracciante dalle ottime caratteristiche quale l'FDG ed esperienze del passato e del presente ci suggeriscono che molte di tali molecole non raggiungeranno mai l'applicazione clinica...sebbene gli studi in vivo potrebbero mostrare caratteristiche inattese.
Il panorama attuale dei radiofarmaci fluorurati sta rapidamente diventando una "giungla" di nuove molecole dalle potenzialità ancora poco conosciute
Con la definizione di sintesi autumatiche robuste alcuni radiofarmaci più promettenti come FHC, FEC e FMC, FES, FLT troveranno un impiego sempre maggiore
Ciò sarà probabilmente reso possibile da kit di sintesi in chip per dispensazione di monodosi
...in un futuro non troppo lontano probabilmente produrremo mono‐dosi di molti radiofarmaci diversi in diversi momenti della giornata. Ciò stimolerà anche una ricerca più approfondita dei loro meccanismi di imaging molecolare
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CELLULA
Meccanismi di ingressoRecettoreDiffusione
Trasp. facilitato (pompe e/o canali)Adesione superficiale
Fagocitosi
Meccanismi di ingressoRecettoreDiffusione
Trasp. facilitato (pompe e/o canali)Adesione superficiale
Fagocitosi
X
Meccanismi di bloccoFosforilazioneEsterificazione
Ingresso in patway metabolici (sintesi di proteine, acidi nucleici)
Meccanismi di bloccoFosforilazioneEsterificazione
Ingresso in patway metabolici (sintesi di proteine, acidi nucleici)
23
24
La tomografia ad emissione di protoni accoppiata con TAC è una metodica diagnostica che si avvale dell’utilizzo di radionuclidi emittenti positroni
sensibilità (pochi falsi negativi)sensibilità (pochi falsi negativi)
specificità (pochi falsi positivi)specificità (pochi falsi positivi)
tempi ridottitempi ridotti
numerose applicazioni(oncologia, neurologia...)
numerose applicazioni(oncologia, neurologia...)
ruolo scelta della terapiaruolo scelta della terapia
(re) staging(re) stagingdiagnosi (NETs)*diagnosi (NETs)*
TASSO CRESCITA ESAMI PET IN ITALIA
%
risoluzione spaz. risoluzione spaz.
Perché
PET/TC?
Perché
PET/TC?
1300 nuclidi differenti
92 elementi chimici
80% èinstabile
DECADIMENTO: processo spontaneo di raggiungimento di una condizione energetica (più) stabile attraverso l'emissione di radiazione corpuscolata e/o elettromagnetica
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analoghi di amminoacidi
Na+ dipendenti
Na+ indipendenti
A
Asc
Gly
L
B0,+
y+
specificinon ubiquitari
Riferimenti:MET = [11C‐metil]‐metionina + conosciutoILT L‐3‐[123I]iodo‐α‐metiltirosina
FONDAMENTO USO FDG2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG) is currently the only positron emission tomography (PET) tracfor routine cancer imaging. Its synthesis was published in 1975 and the first human images were obta1976 [1]. The initial clinical indications were limited to the assessment of myocardial viability and the eof suspected recurrent brain tumours. Thanks to the development of scanners with the capability to raobtain high-quality images, PET has become a major player in the field of oncological imaging. FDG-Poncology relies on research published by Warburg decades ago [2, 3] that showed increased glycolystumour cells, with an increase in glucose metabolism and lactate production and a decrease in oxidatpathways. The simplified mechanism of uptake of FDG by tumour cells is now well understood: as a ganalogue, FDG enters the cell membrane using the same transporters as glucose (GLUT); it is then phosphorylated into 18F-FDG-6-phosphate by the hexokinase. This metabolite is not a substrate for fenzymes and thus accumulates inside the cell, in proportion to the metabolism of glucose. Such accuof phosphorylated radiotracer creates a gradient between the tumour and surrounding tissues, highly favourable to the detection of cancer lesions.
Proliferazione cellulare: [18F]-FAC e sintesi di membrane
L’acetato entra nel metabolismo delle cellule sotto forma di Acetil -CoA
AcetatoAcetato
Proliferazione cellulare: [18F]-FAC e sintesi di membrane
Nelle cellule tumorali, l’ enzima acido grasso sintasi è sovraespresso.
Il Il 1818FF--FAC FAC èè un analogo dellun analogo dell’’acetato, in cui un idrogeno acetato, in cui un idrogeno èè sostituito con sostituito con ll’’atomo radiattivo atomo radiattivo 1818FF si suppone segua il metabolismo dellsi suppone segua il metabolismo dell’’acetato.acetato.
La maggior parte dellLa maggior parte dell’’acetato acetato èè incorporato nelle membrane sotto forma incorporato nelle membrane sotto forma di fosfatidilcolina.di fosfatidilcolina.
1818FF--FACFACF18 CH2
CO
O
Radiofarmaci ad uso oncologico
• Metabolismo glucidico: 18F FDG (2-fluoro-2-desossiglucosio• Trasporto aminoacidi, sintesi proteica:
11C metil-metionina (MET), 18F-fenilalanina, 11C e 18F-colina, 11C-tirosina e 18F-Fluoroetiltirosina (FET)Sintesi lipidica: 11C acetato
• Sintesi DNA: ¹¹C o 18F timidina (FLT)• Captazione specifica (NIS): 124I• Espressione recettoriale: 68Ga-DOTATOC ed analoghi, 18F-FES• Espressione antigenica: 18F monoclonali• Sensibilità a chemioterapici: 18F fluorouracile• Marcatori di ipossia: 18F-MISO, 18F-FAZA o 64Cu-ATSM• Flusso sanguigno: H2
15O
La PET, attraverso i numerosi radiofarmaci utilizzabili, offre la possibilità di studiare tutti gli aspetti “funzionali” della neoplasia;in Radioterapia il loro uso può servire a meglio definire il BTV e a modulare l’irradiazione, incrementando la dose nei punti a maggior rischio.La PET consente infine di valutare correttamente la risposta alla terapia.
Conclusioni 1
Ma nella pratica…
solo il 18F-FDG ha la monografia in Farmacopea ed è registrato per la vendita;
per tutti gli altri radiofarmaci PET, in attesa della monografia (!!!), occorre operare all’interno di protocolli sperimentali (D.Lgs.200/2007), di difficile gestione su indagini diagnostiche routinarie, e soprattutto senza prospettive di normalizzarne l’uso.
Conclusioni 2(con qualche “problema”)