Teranostyka, diagnostyka izotopowa dla celów immunoterapii, zastosowanie emiterów promieniowania alfa w terapii, precyzyjna diagnostyka chorób zwyrodnieniowych mózgu, dynamiczne badania PET i sztuczna inteligencja w obrazowaniu – to główne trendy rozwoju medycyny nuklearnej według prof. Rafała Czepczyńskiego z Katedry i Kliniki Endokrynologii, Przemiany Materii i Chorób Wewnętrznych UM w Poznaniu.
Prof. Rafał Czepczyński –
Jednym z głównych kierunków rozwoju medycyny nuklearnej jest teranostyka. Słowo teranostyka powstało z połączenia słów: terapia i diagnostyka. Ten związek wyrazów ma wskazywać na bezpośrednią zależność terapii od zastosowanej diagnostyki i ich powiązanie w jednej cząsteczce chemicznej. Teranostyka dotyczy przede wszystkim onkologii. Jej filozofia polega na tym, że przy pomocy określonej substancji znakowanej radioaktywnym izotopem ocenia się rozmieszczenie komórek nowotworowych oraz jednocześnie ekspresję receptorów czyli występowanie cząsteczek białkowych na powierzchni komórek nowotworowych. W przypadku potwierdzenia w badaniu obrazowym (PET lub SPECT) obecności cząsteczek docelowych w nowotworze w kolejnym etapie podamy pacjentowi identyczny związek chemiczny jak ten diagnostyczny, tylko związany z innym izotopem – tym razem emitującym promieniowanie zdolne do niszczenia komórek nowotworowych. W badaniu diagnostycznym stwierdzamy zatem najpierw sensowność zastosowania określonej terapii u danego pacjenta i w przypadku pozytywnej weryfikacji stosujemy tę właśnie terapię.
Warto wiedzieć, że komórki nowotworowe to różne typy komórek, które istotnie się między sobą różnią. Nawet w przypadku jednej jednostki chorobowej, na przykład raka piersi, mogą występować różne markery molekularne, które u jednych pacjentek występują, a u innych nie – nawet w tym samym typie guza. Teranostyka wpisuje się więc w trend medycyny spersonalizowanej, według której każdemu pacjentowi dobiera się terapię indywidualnie, w odniesieniu do szczegółowych cech biologicznych danego guza (w medycynie spersonalizowanej odchodzi się od podejścia, w którym wszyscy chorzy z daną chorobą otrzymują to samo leczenie).
W obrębie guza występują nie tylko komórki nowotworowe, ale także wiele komórek tworzących mikrośrodowisko guza. Pod wpływem nowotworu właściwości tych komórek zmieniają się – bywa, że otoczenie zamiast zwalczać chorobę, wręcz „pomaga” nowotworowi w rozwoju. Na przykład komórki nazywane fibroblastami mogą powodować uodpornianie się nowotworu na własną odpowiedź obronną organizmu. W ostatnich latach do użytku wprowadzono nowoczesne leki przełamujące takie reakcje – w tym celu, aby komórki odpornościowe odzyskały swoją pierwotną funkcję i uczestniczyły w zwalczaniu choroby nowotworowej.
Nowoczesna medycyna nuklearna będzie w stanie pomóc w zakwalifikowaniu pacjenta do odpowiedniego leczenia immunologicznego na takiej zasadzie, że dzięki cząsteczkom znakowanym izotopowo będziemy w stanie określić, czy dana metoda immunoterapii sprawdzi się w konkretnym przypadku – bez konieczności pobierania materiału z guza. Takie podejście ma znaczenie zwłaszcza wtedy, gdy guz nowotworowy ma wiele ognisk, jest rozsiany, występuje w niedostępnych lokalizacjach. W takich przypadkach nie trzeba pacjenta narażać na dodatkowe zabiegi pobierania tkanki. Nowe metody izotopowe będą pozwalały w sposób nieinwazyjny na ocenę, czy dana terapia, która nierzadko jest nieobojętna dla innych narządów i kosztowna, będzie w konkretnym przypadku skuteczna. Taka strategia rozszerza ponadto gamę możliwości dotarcia i unieszkodliwienia różnych typów nowotworów.
Innym kierunkiem rozwoju terapii izotopowej jest coraz częstsze wprowadzanie emiterów promieniowania alfa do praktyki klinicznej. Jak na razie mamy do dyspozycji jedynie rad-223. Jest to izotop, który podaje się pacjentom z przerzutami raka prostaty do kości. Z alfa-emiterami wiąże się duże nadzieje, ponieważ deponują one znaczną ilość energii w tkance nowotworowej na niewielkim obszarze. Zasięg promieniowania alfa jest bardzo niewielki – jest to odległość rzędu kilkudziesięciu mikrometrów. To powoduje, że szkodliwe promieniowanie praktycznie nie dociera do zdrowych tkanek sąsiadujących z guzem. Toksyczne dla komórek promieniowanie działa zatem tylko tam, gdzie izotop został skumulowany. Można powiedzieć, że jest to jakby broń laserowa o bardzo ograniczonym zasięgu, ale o silnej energii.
Wprowadzenie kilka lat temu emiterów promieniowania alfa do praktyki klinicznej zrewolucjonizowało podejście do tych związków. Przez wiele dziesięcioleci uważano, że ten rodzaj promieniowania jest zbyt niebezpieczny i nie znajdzie zastosowania w medycynie. Przykład radu-223 pokazał, że to nieprawda. Już dziś otwierają się kolejne możliwości zastosowania tych związków, takie, jak chociażby przyłączanie radioaktywnych izotopów aktynu, astatu, ołowiu czy bizmutu do cząsteczek nośnikowych, które doprowadzają je do tkanki docelowej – na przykład w guzach neuroendokrynnych czy w przerzutach raka prostaty do tkanek miękkich (a nie tylko do kości).
Innym kierunkiem związanym z rozwojem medycyny nuklearnej jest zastosowanie radiofarmaceutyków do różnicowania chorób zwyrodnieniowych mózgu. Choroby te są wyzwaniem naszych czasów. Społeczeństwa się starzeją, coraz więcej jest osób w wieku podeszłym, które cierpią na różne zaburzenia neurologiczne, poczynając od chorób otępiennych, takich jak choroba Alzheimera czy otępienie czołowo-skroniowe, poprzez chorobę Parkinsona i szereg innych rzadziej występujących zaburzeń.
W terapii neurologicznej niezwykle istotne jest odpowiednie dobranie leków. Neurologia także rozwija się dynamicznie i regularnie pojawiają się w tym obszarze medycyny nowe metody farmakoterapii, dające nadzieję chorym z ciężkimi zaburzeniami. Aby jednak określona forma leczenia była skuteczna i bezpieczna, rozpoznanie danego zespołu chorobowego musi być jednoznaczne. Objawy chorób neurologicznych często są do siebie podobne i na podstawie samych dolegliwości nie zawsze możliwe jest pełne sprecyzowanie z jaką chorobą mamy do czynienia.
Ponieważ nie pobieramy materiału biopsyjnego z mózgu, w diagnostyce musimy opierać się na informacji uzyskanej metodami obrazowymi i laboratoryjnymi. Do praktyki klinicznej wprowadzane są stopniowo nowe radiofarmaceutyki, które obrazują związki takie jak beta amyloid czy białko tau. Trwają prace nad radiofarmaceutykami do oznakowana alfa-synukleiny. Wykorzystanie badań PET z użyciem nowych substancji ma dać neurologowi pewność, że jego diagnoza jest właściwa i że proponowany lek przyniesie pacjentowi poprawę, a nie pojawienie się nowych dolegliwości.
Jeśli mowa o technikach obrazowania, coraz szersze zastosowanie ma w ich obrębie sztuczna inteligencja. Techniki sztucznej inteligencji mają w zamyśle pomóc w ocenianiu dużej liczby badań (co jest odpowiedzią na coraz bardziej odczuwalny niedobór lekarzy wyspecjalizowanych w metodach medycyny nuklearnej w obliczu znacznie rosnącej liczby badań do oceny). Sztuczna inteligencja mogłaby pomóc „przesiać” badania: wykryć najbardziej istotne zmiany i przekazać lekarzowi wstępną diagnozę. Na kolejnym etapie lekarz zweryfikowałby diagnozę postawioną przez system sztucznej inteligencji. Lekarz oceniający badanie będzie mógł w krótszym czasie ocenić w sposób profesjonalny większą liczbę badań. Czy sztuczna inteligencja zlikwiduje zawód specjalisty medycyny nuklearnej? Na razie z pewnością nie ma się czego obawiać.
Inne zastosowanie sztucznej inteligencji to optymalizacja procedury obrazowania – tak, by przy pomocy mniejszej ilości danych uzyskać wysokiej jakości obrazy. O co chodzi? Można podać pacjentowi na przykład połowę dawki związku radioaktywnego i uzyskać obraz takiej samej jakości, ponieważ sztuczna inteligencja odpowiednio wytrenowana w procesie uczenia maszynowego „podrasuje” ten obraz w taki sposób, by był czytelny dla oka oceniającego, jednocześnie robiąc to w taki sposób, by nie utracić nic z jakości obrazu (możliwe jest wręcz podniesienie jakości obrazu).
Pacjent jest w takiej sytuacji eksponowany na znacznie mniejszą dawkę promieniowania. Jednocześnie dzięki sztucznej inteligencji można skracać czas rejestracji obrazu. Oznacza to, że zamiast piętnastu minut w niewygodnej pozycji pacjent może spędzić w skanerze jedynie pięć minut a uzyskany obraz będzie tak samo dobrej jakości, jak w przypadku standardowej procedury. To szansa także dla ośrodków – w ciągu godziny można przebadać większą liczbę pacjentów, więc przepustowość pracowni poprawia się.
Total body PET pozwala na uzyskanie jednoczasowo obrazu PET całego ciała. Jest to technologia, która bazuje na ogromnej liczbie detektorów promieniowania, rozmieszczonych wewnątrz tunelu, do którego pacjent jest wprowadzany podczas badania.
Klasyczne badania PET rejestruje się etapami: oddzielnie rejestruje się obraz głowy, klatki piersiowej, jamy brzusznej i tak dalej. To sprawia, że badanie trwa stosunkowo długo, a obraz na przykład miednicy powstaje w innym punkcie czasowym niż obraz głowy. W badaniu PET całego ciała w ciągu zaledwie kilku minut uzyskujemy bardzo wysokiej jakości obraz całego ciała pacjenta, wszystkich narządów, włącznie z kończynami. Taka technika oznacza skrócenie czasu badania i poprawę jakości uzyskiwanych obrazów. Detektorów jest tak wiele i są one tak czułe, że jesteśmy w stanie uzyskać znacznie więcej informacji, dzięki wykorzystaniu fotonów promieniowania gamma, które w zwykłym skanerze nie byłyby zarejestrowane.
Technika total body PET daje także możliwość wykonywania badań dynamicznych. Możemy oceniać pacjenta w różnych oknach czasowych, w których znacznik radioaktywny przebywa określoną drogę. W pierwszym etapie możemy na przykład dokonać oceny przepływu krwi przez daną okolicę, a w następnym, powiedzmy po kilku minutach, ocenić rozmieszczenie komórek nowotworowych – bez podawania dodatkowej iniekcji i bez narażania pacjenta na kolejną dawkę promieniowania. Wspomnianą technikę można również wykorzystywać do badań nowych leków. Dzięki tej technice będziemy w stanie sprawdzić: w jaki sposób nowe preparaty farmakologiczne wpływają na funkcjonowanie różnych narządów, jak zmienia się metabolizm różnych tkanek, jak zmienia się przepływ krwi przez poszczególne tkanki i jak długo to oddziaływanie się utrzymuje. Total body PET to zatem nie tylko nowinka przyspieszająca tworzenie obrazów, ale również potężne narzędzie do badań naukowych w wielu dziedzinach medycyny i fizjologii człowieka.
Na koniec należy podkreślić, że przedstawione w 2023 roku kierunki rozwoju medycyny nuklearnej to wciąż perspektywy na kolejne lata. Omówione przeze mnie metody w większości nie wyszły jeszcze poza laboratoria naukowców i poza ramy badań klinicznych w wiodących ośrodkach naukowych i nie są jak dotąd powszechnie dostępne dla naszych pacjentów. O postępie w różnych kierunkach dyskutujemy na kongresach i sympozjach, czytamy w prasie fachowej. Doświadczenie pokazuje jednak, że nowe metody, które zrodziły się w głowach naukowców jakieś 10 lat temu, teraz, po przejściu całego cyklu badań nad ich bezpieczeństwem i skutecznością, wchodzą do praktyki klinicznej, dając nowe nadzieje chorym.
