52
Получение радионуклидов и радиофармпрепаратов для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) Р.Н. Красикова Зав. лаб. радиохимии ФГБУН Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН Доцент каф. радиохимии химического факультета СПбГУ Курс лекций в рамках подготовки ПЭТ радиохимиков МГУ май 2013 г. 1

Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Получение радионуклидов и радиофармпрепаратов для позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ)

Р.Н. Красикова

Зав. лаб. радиохимии ФГБУН Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН Доцент каф. радиохимии химического факультета СПбГУ

Курс лекций в рамках подготовки ПЭТ радиохимиков МГУ май 2013 г.

1

Page 2: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Лекция 1. - Введение. Предмет и задачи ядерной медицины; история ее развития. Физические и биологические основы методов ядерной медицины. Основные методы радионуклидной диагностики (планарная сцинтиграфия (ПС); однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ); позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). Требования к радионуклидам, применяемым в ядерной медицине. Принципы регистрации излучения и формирования изображений при использовании различных методов (ПС, ОФЭКТ и ПЭТ).

2

Page 3: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Ядерная медицина

• Ядерная медицина - дисциплина, связанная с применением открытых (не инкапсулированных) радиоактивных источников для диагностических и терапевтических целей в медицине, а также для решения фундаментальных и прикладных исследовательских задач (например, разработки новых лекарственных средств);

• Методы ядерной медицины основаны на использовании соединений,

меченых радиоактивными изотопами (радиофармпрепаратов)

Радионуклидная диагностика

(nuclear imaging)

Радиотерапия с

использованием РФП

Входит в группу методов медицинской визуализации (medical imaging)

Функциональная диагностика

3

Page 4: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Преимущества функциональной диагностики: ПЭТ исследование с 11С-метионином (продолженный рост глиомы)

ИН=2,0 ИН=1,6

МРТ ПЭТ-МЕТ

По МРТ – состояние после комбинированного лечения глиобластомы без признаков прогрессии опухоли

Высокое накопление МЕТ четко контурирует рост опухоли в глубокие структуры левого большого полушария

слайд предоставлен Т. Скворцовой, ИМЧ

РАН, Ст.-Петербург 4

Page 5: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Радионуклидная диагностика (nuclear imaging)

Основана на in-vivo изучении распределения соединений, меченых радиоактивными изотопами (радиофармпрепаратов), с помощью внешней системы детекторов

Число детекторов в современном ПЭТ-КТ сканнере - десятки тысяч

5

Page 6: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Основные методы медицинской визуализации

• Сонография (УЗИ)

• Рентгенологические методы

• Компьютерная рентгеновская томография (КТ)

• Магнитно-резонансная томография (МРТ)

• Планарная (гамма) сцинтиграфия (ПС)

• Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)

• Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ)

• ОФЭКТ-КТ

• ПЭТ-КТ

• ПЭТ-МРТ (?)

• Оптические методы (optical imaging) (?) 6

Page 7: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Научные открытия, способствующие становлению и

развитию ядерной медицины

1895 г. - открытие X-rays В.К. Рентгеном (Нобелевская премия 1901 г.);

1896 г. - открытие радиоактивности А. Беккерелем (Нобелевская премия 1903 г. совместно с М. Склодовской-Кюри и П. Кюри);

1921 г. - понятие «изотопы» (Ф. Содди, Нобелевская премия 1921 г.);

1923 - первые биологические ислледования с радиотрейсерами – Дж. Хевеши (Нобелевская премия в 1943 г.)

1934 г. - искусственная радиоактивность (И. Кюри и Ф. Жолио Кюри, Нобелевская премия 1935 г.);

1930 г. - создание циклотрона Э.О. Лоуренс (Нобелевская премия 1939 г.);

1942 г. - первый ядерный реактор (Э.Ферми);

1958 г. - генератор 99mTc - В.Тукер и П. Ричардс;

7

Page 8: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Ядерная медицина: сочетание радиотрейсерных методов и томографических технологий

Georg Hevesy

Нобелевская премия 1943 г.

В ядерной медицине меченые соединения используют для изучения физиологических и биохимических процессов in-vivo

....Использование изотопов в качестве проб (радиоактивных индикаторов) для исследования химических процессов...

Суть метода: возможность изучения свойств стабильных изотопов и их соединений путем наблюдения за поведением радиоактивного аналога

8

Page 9: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Разработки в области детектирования излучений, производства изотопов и обработки данных

• 1928 г. - счетчик Гейгера-Мюллера (ГМ)

• 1940-е годы - сцинтилляционные детекторы радиоактивности, фотоэлектронные умножители (ФЭУ)

• 1951 г. - прямолинейный сканнер с сцинт. детектором (Б.Кассен, BNL)

• 1952 г. - сцинтилляционная гамма камера для динамических исследований (Х. Ангер);

• 1953 г. - прибор для детектирования аннигиляционного излучения (прообраз ПЭТ) -Г. Браунелл (MIT)

• 1973 г. - создание метода томографии (Хаунсфилд и Кормак, Нобелевская премия 1979 г.)

• 1974 г. - первый ПЭТ томограф (М. Фелпс, Гофман и М. Тер-Пагосян);

• 2000 г. - создание мультимодальной технологии ПЭТ-КТ • 1990-е годы: создание медицинских циклотронов, мишеней и автоматизированных модулей синтеза РФП для обеспечения ОФЭКТ и ПЭТ исследований

9

Page 10: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

История циклотронов в свете ядерной медицины

• 1930 Изобретение циклотрона E. Lawrence (80 keV);

•Нобелевская премия 1939 г.;

• 1955 Первый медицинский циклотрон в госпитале (Англия)

• 1965 Renaissance of cyclotrons

• 70’s Автоматизация (cпециализировыанные медицинские циклотроны)

• 80’s Переход к ускорению отрицательных ионов

• 90’s Использование мощных пучков ( > 300 uAmp)

• 2000 Поточное производство ПЭТ циклотронов для клиничеcких нужд

Типы ускоряемых частиц: протоны, дейтоны, отрицательные ионы водорода и дейтерия, гелионы-3 и -4 (3He, 4He);

Медицинские циклотроны ускоряют протоны и дейтоны 10

Page 11: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

1895 год - открытие Вильгельма Конрада РЕНТГЕНА

Первое изображение и первая рентгенограмма

В.К. Рентген

1901

Нобелевская

премия

11

Page 12: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Классическое рентгеновское исследование

Принцип трансмиссии: измерение ослабления (attenuation) прохождения гамма-квантов (энергия от 50 до 150 кЭв) при прохождении через ткани различной плотности;

Положение источника гамма-квантов и детектора строго фиксировано; 12

Page 13: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

1979: нобелевская премия за создание метода

томографии (Hounsfield and Cormack)

Томография (от греч. tomos - ломóть, слой) - метод неразрушающего

послойного исследования внутренней структуры объекта путем его многократного просвечивания в различных пересекающихся направлениях; В основе принципа действия томографа лежит компьютерная реконструкция трехмерного изображения распределения РФП по набору его двухмерных проекций

13

Page 14: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПЭТ: функциональная диагностика • Перфузия • Потребление кислорода • Потребление глюкозы • Транспорт аминокислот • Рецепторные взаимодействия

Методы томографии • Рентгеновская компьютерная (КТ)

• Магнитно-резонансная (МРТ)

Морфология Анатомия

В настоящее время ПЭТ используется в сочетании с КТ 14

Page 15: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Компьютерная рентгеновская томография

- сканирование рентгеновским пучком (вращательным и

поступательным) вокруг неподвижного объекта - реконструкция изображения по обратным (back) проекциям

15

Page 16: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Современные методы медицинской визуализации

Данные ИМЧ РАН КТ ПЭТ

16

Page 17: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Ядерный магнитный резонанс - это физическое явление, основанное на свойствах некоторых атомных ядер при помещении их в магнитное поле поглощать энергию в радиочастотном (РЧ) диапазоне и излучать ее после прекращения воздействия РЧ-импульса.

Напряженность постоянного магнитного поля и частота радиочастотного магнитного поля должны строго соответствовать друг другу, что и называется ядерным магнитным резонансом: ядерным - поскольку взаимодействие происходит только с магнитными моментами атомных ядер, магнитным - так как эти моменты ориентированы постоянным магнитным полем, а изменение их ориентации вызывается радиочастотным магнитным полем, резонансом - поскольку параметры этих полей строго связаны между собой.

1952: Nobel Price to Felix Bloch and Edward Mills Purcell in Physics (Basic science of NMR phenomenon)

NMR - Nuclear Magnetic Resonance

17

Page 18: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Комплекс оборудования для МРТ

Magnet Gradient Coil RF Coil

RF Coil

4T magnet

gradient coil

(inside)

B0

18

Page 19: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

МРТ (MRI) используется для исследования всех органов

2003: Nobel price: Paul Lauterbur & Peter Mansfield Physiology or Medicine (MRI technology) 19

Page 20: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПЭТ ОФЭКТ МРТ

• Разрешение (spatial) 3-4 мм 7 мм < 1 мм

• Разрешение (time) сек мин миллисек

• Чувствительность pM pM mM (MРС)

• Количественные да (да?) нет

характеристики

процессов

Различные методы томографии (исследования человека)

20

Page 21: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Пространственное разрешение в ПЭТ

Пространственное разрешение характеризует способность системы (метода) различать отдельные близко расположенные объекты

Определяется как ширина линии на полувысоте (FWHM)

Разрешение в ПЭТ зависит от пробега позитронов в ткани, характеристик кристалла (тип и размер, плотность упаковки детекторов, время высвечивания и др)

21

Page 22: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Характеристики сканнеров для исследований

человека и животных

Разрешающая способность сканнеров для малых животных выше; с их помощью можно визуализировать не только мозг, но и все отделы мозга мыши; такие исследования незаменимы при разработке новых лекарственных средств

22

Page 23: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

• ПС: Планарная гамма сцинтиграфия

• ОФЭКТ: Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

• ПЭТ: Позитронная эмиссионная томография

Методы радионуклидной диагностики (nuclear imaging)

Методы отличаются типом используемых радионуклидов, способом регистрации их излучения, способом обработки данных, набором доступных радиотрейсеров

ПЭТ - наиболее информативный метод ядерной медицины, с

наилучшим пространственным разрешением, широким спектром РФП,

с возможностью получать количественные характеристики процессов

23

Page 24: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Основные характеристики радионуклидов

~ • Тип распада

• Энергия излучения

• Период полураспада T1/2

• Постоянная распада λ = 0.693/T1/2

А = Ao e- λt

Единицы измерения радиоактивности

Беккерель (Бк) - 1 распад/сек

Кюри (Ки) -3.7 х 1010 распад/сек

МиллиКюри (мКи) – 1 мКи = 37 МБк

24

Page 25: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Радиоактивный распад: виды излучений

• альфа • бета • гамма • К (E) - захват • изомерный переход

25

Page 26: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

• Минимальная дозовая нагрузка на пациента

• Моноэнергетический гамма спектр • Отсутствие β-излучения • Удобная для эффективной регистрации энергия гамма-квантов (100-300 кэВ) • доступность (генератор) • возможность получения различных классов радиотрейсеров

Требования к диагностическим радионуклидам

Технеций-99m

T1/2 6.1 ч.

Тип распада: ИП (>99%)

140 кэВ гамма

99Mo/99mTc генератор

• РН должен обладать излучением с достаточной проникающей способностью, которое можно зарегистрировать внешним детектором, поэтому следует использовать гамма- или β+-излучающие радионуклиды; • чувствительность общепринятых детекторов делает оптимальной область энергии γ-излучения от 100 до 300 кэВ; • в ПЭТ регистрируются γ-кванты аннигиляции энергией 511 кэВ 26

Page 27: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

• Сцинтиграфия (лат. scinti[llare] сверкать, мерцать + греч. graphō изображать) - метод радионуклидного исследования внутренних органов, основанный на визуализации с помощью сцинтилляционной гамма-камеры распределения введенного в организм РФП; • В состав РФП входят гамма-излучающие радионуклиды:

• 99mTc,123I, 111In etc.

Планарная гамма-сцинтиграфия (ПС) Гамма камера Ангера (1953 г.): фрагмент

Детектирование – сцинтилляционный

кристалл Na(Tl)I (размер 40 х 40 см)

ФЭУ в гексагональной упаковке

27

Page 28: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Принципы детектирования в ПС. Использование свинцового коллиматора (40 тыс. отверстий)

Стандартный коллиматор гамма-камеры настроен на эффективное измерение гамма излучения энергией 140 кЭв (99mTc);

детектор – сцинтилляционный кристалл Na(Tl)I (размер 40 х 40 см) 28

Page 29: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Принципы детектирования в ОФЭКТ.

Использование свинцового коллиматора

Коллиматор - сменное устройство; наиболее распространенный - 140 кэВ 29

Page 30: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Планарная гамма-сцинтиграфия (ПС)

Диагностика заболеваний почек и мочевыводящих путей

О-иодгиппурат натрия, 123I

30

Page 31: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Современные ОФЭКТ сканнеры

31

Page 32: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

Коллиматоры 32

Page 33: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПОЗИТРОННЫЙ РАСПАД:

нейтронодефицитные радионуклиды

p+ n + + +

Аннигиляция с

электроном

Процесс аннигиляции сопровождается образованием двух гамма-квантов энергией 511 кэВ, разлетающихся под углом около 180о, регистрируемых внешней системой детекторов,

объединенных в кольца томографа

33

Page 34: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Пробег позитрона в ткани (positron range)

Максимальный пробег в мышце:

4,1 мм (углерод-11)

2,39 мм (фтор-18)

9,3 мм (галлий-68)

Разрешение в ПЭТ максимально при использовании РФП на основе фтора-18

34

Page 35: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Принцип регистрации в ПЭТ - электронная коллимация

• ПЭТ радиотрейсеры (РФП): биологически активные молекулы, меченные короткоживущими изотопами с позитронным типом распада • Распределение радиоактивности детектируется с помощью ПЭТ сканнера и трансформируется ПЭТ изображение (томограмму)

Если два детектора одновременно зарегистрируют сигнал, можно утверждать, что точка аннигиляции находится на линии, соединяющей детекторы. После реконструкции накопленных данных получается псевдотрехмерное (разделенное на трансаксиальные, т.е. параллельные плоскостям колец датчиков срезы) изображение накопления трейсера. Толщина среза, а также минимальная величина элементарной точки изображения (пиксела) зависят от геометрических размеров и плотности упаковки детекторов ПЭТ-камеры. 35

Page 36: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Различие в принципах детектирования в ПЭТ и ОФЭКТ (ПС)

Детектирование гамма-квантов аннигиляции с использованием электронной схемы совпадений («электронная» коллимация)

Детектирование гамма-квантов с помощью свинцового коллиматора

Позитронные эмиттеры (18F) Гамма-эмиттеры (99mTc)

36

Page 37: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПЭТ-КТ GEMINI-TF, Philips (ИМЧ РАН, 2009)

ПЭТ-КТ позволяет соотносить ПЭТ изображение с анатомической структурой (КТ) с использованием одного и того же математического аппарата для реконструкции томограмм

37

Page 38: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПЭТ КТ позволяет соотносить распределение радиотрейсера (ПЭТ) с анатомической структурой (КТ)

Преимущества ПЭТ-КТ

V. Bettinardi, PET/CT, CME 38

Page 39: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Изотоп T1/2, мин

Т и п

р а с п а д а ,

%

+, Макс.

э н е р г и я ,

М э В

М а к с .

п р о б е г ,

м ы ш ц а ,

м м

М а к с . м о л ь н а я

а к т и в н о с т ь ,

К и / м о л ь

11С 20,4 + 0,96 4.1 9,22*109 13N 9,96 + 1,19 5.4 1,89*1010 15О 2,04 + 1,74 8,2 9,0*1010 18F 109,7 +(97),

(EC 3)

0,635 2,39 1,71*109

Ядерно-физические характеристики четырех

циклотронных ПЭТ радионуклидов

(более 90% всех ПЭТ исследований)

11С, 13N и 15О - изотопы биогенных элементов;

18F может замещать гидроксильную группу или водород

Число РФП определяется возможностями радиохимического синтеза 39

Page 40: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Преимущества использования ПЭТ радионуклидов

• Благодаря малому периоду полураспада основных радионуклидов (2-120 мин) ПЭТ обладает самой высокой чувствительностью из всех известных методов медицинской визуализации;

• вводимая доза (185 МБк) существенно ниже, чем в ОФЭКТ;

• высокая разрешающая способность ПЭТ (3 - 4 мм) обусловлена малым пробегом позитронов в ткани;

• биоспецифичность метода ПЭТ определяется использованием «истинных» меченых аналогов биологически активных соединений; • введение радиотрейсеров высoкой мольной активности (до 100 Ки/ µМоль, вводимая масса pM) не вызывает фармакологического или токсического эффекта

15O

13N

11C

18F

Для реализации этих преимуществ нужны РАДИОФАРМПРЕПАРАТЫ (РФП)!

40

Page 41: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Влияние природы «метки» на биологические и биохимические свойства радиотрейсера

41

Page 42: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПЭТ: концепция блокированного метаболизма в исследованиях с 18F-ФДГ

ПЭТ с ФДГ – это единственный метод, позволяющий количественно определять регионарную скорость потребления глюкозы в тканях

Злокачественные клетки характеризуются более активными процессами гликолиза, что обусловлено повышенным уровнем белков, транспортирующих глюкозу (транспортеров глюкозы Глут1 1 и Глут 2), и, в большей степени, увеличением активности гексокиназы в неоплазме.

O

H

HO

H

HO

H

OH

18FHH

OH

кровь клетка

42

Page 43: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПЭТ - наиболее сложная и дорогостоящая технология

• дорогостоящее оборудование: циклотрон, горячие камеры, модули синтеза, сканнер;

• проведение синтеза и анализа в жестких временных рамках и в соответствии с графиком ПЭТ исследований;

• высокая стоимость клинической дозы РФП: Стоимость клинической дозы ФДГ 180-260 Евро

(производство и доставка): Book AK et al, J Nucl Med

2010; 51:401-412

• высокая квалификация врачей-радиологов для интерпретации ПЭТ изображений и постановки диагноза • нехватка специалистов высокой квалификации, прежде всего радиохимиков и радиофармацевтов

43

Page 44: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Получение радионуклида в мишени циклотрона

Дозирование (370 МБк 18F)

Этапы синтеза РФП для ПЭТ

• Синтез РФП • Очистка методом ТФЭ или ВЭЖХ • Контроль качества РФП • Получение стерильной инъекционной формы

Доставка в горячие камеры

44

Page 45: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Современная лаборатория ПЭТ радиохимии (Каролинский Институт, Стокгольм)

• соблюдение требований GMP требует огромных финансовых вложений

• GMP - Good Manufactiring Practice • НПП - надлежащая производственная практика - теперь и в России....

45

Page 46: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Создание ПЭТ центра: ПЭТ циклотрон и радиохимическая лаборатория (расходы, USD)

Помещения

Циклотронный зал 1.7-2.8 млн.

Лаборатория для синтеза FDG 0.7 млн.

Лаборатория контроля качества 1.4-2.5 млн.

Оборудование

Циклотрон 10-19 МэВ 1.3-2.5 млн.

Горячая камера (за 1 шт.) 0.2-0.4 млн.

Модуль синтеза (за 1 шт.) 0.1-0.15 млн.

Система радиомониторинга 0.2 млн.

Аналитическое оборудование (QC) 0.25 млн.

Cyclotron Produced Radionuclides: Guidelines for Setting Up a Facility, IAEA, TRS 471, 2009

46

Page 47: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

ПЭТ в 21 веке: стремительный рост

• Огромная клиническая значимость ПЭТ с ФДГ для онкодиагностики;

• Внедрение гибридной технологии ПЭТ-КТ (2001 г.);

• Коммерциализация производства ФДГ; централизованная поставка в ПЭТ центры, не имеющие циклотрона и радиохимической лаборатории;

• Создание различных классов радиотрейсеров на основе фтора-18;

• Широкомасштабное производство компактных циклотронов;

• Прогресс в автоматизации синтеза РФП (18F, 11C, 68Ga);

• Доступность генераторных ПЭТ радионуклидов (68Ga, 82 Rb);

• Финансовые вложения в фундаментальные ПЭТ исследования фармацевтическими компаниями (Big Pharma);

• Создание ПЭТ сканнеров высокого разрешения ( 1 мм) для исследований малых животных (Animal PET);

O

H

HO

H

HO

H

OH

18FHH

OH

47

Page 48: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

• Метод ПЭТ является одним из наиболее высокотехнологичных и

информативных методов медицинской визуализации, входящих в группу

методов молекулярной медицины - медицины 21 века.

• Для его реализации необходим коллектив ученых, начиная с радиохимиков

и радиофармацевтов для производства высоко специфичных

радиофармпрепаратов, меченных короткоживущими ПЭТ радионуклидами,

биологов и математиков - специалистов в области фармакокинетики и

математического моделирования, инженеров-циклотронщиков, и, наконец,

врачей-радиологов, специализирующихся в ПЭТ диагностике.

• В отличие от традиционных методов медицинской визуализации (КТ, МРТ,

УЗ), использование ПЭТ требует исключительно высокого уровня логистики

и специальной инфраструктуры, определяемой необходимостью работы с

короткоживущими изотопами с периодами полураспада от 2 до 110 мин.

• Весь комплекс исследований, необходимых для эффективной работы ПЭТ

центра, был реализован за 20 лет существования ИМЧ РАН.

Проблемы организации ПЭТ исследований

48

Page 49: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

• В ИМЧ РАН метод ПЭТ и ПЭТ-КТ наиболее широко применяется в клинической

диагностике опухолей мозга (более 1200 пациентов в год).

• Метод используется для визуализации опухоли, выявления метастазов,

неинвазивной оценки стадии роста опухоли, распознавания областей некроза,

при прогнозе эффективности лечения и др.

• С целью разработки новых способов первичной диагностики опухолей

головного мозга проведено изучение диагностической и прогностической

значимости и показана высокая эффективность использования ПЭТ с 11С-

метионином у больных с церебральными глиомами и менингиомами.

• ИМЧ РАН является единственным в России научным центром, где ПЭТ

применяется в фундаментальных исследованиях с целью изучения высших

психических функций мозга как в норме, так и в патологии

С.В.Медведев, Т.А. Скворцова, Р.Н. Красикова «ПЭТ в России. Позитронно-

эмиссионная томография в клинике и физиологии» (2008 г.).

Области применения ПЭТ в ИМЧ РАН

49

Page 50: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

City Site Cyclotron PET camera

St.-Petersburg N.P. Bechtereva Institute of Human Brain, Russian Academy of Science

MC17, SCX, 1991 17/ 8.5 MeV (p/d)

PETTrace 4, GEHC 16.5/8.4 MeV (p/d), 2010

PC 2048-15B SCX, 1991 PET/CT GEMINI Philips, 2010

St.-Petersburg Federal State Institution “Russian Research center for Radiology and Surgical Technologies”

MGC 20, EI Protons, variable CC 18/9 EI 18/9 MeV (p/d), 2009

Two ECAT- EXACT-47 Siemens -CTI 1997, 2002 PET/CT Discovery 690, GEHC, 2010

St.-Petersburg Military Medical Academy Not available PET/CT Biograph, Siemens, 2003

Moscow Bakulev’s Scientific Center for Cardiovascular Surgery

RDS-111 CTI 11 MeV (p), 2000

ECAT- EXACT-47 Siemens 2001; Biograph 64, Siemens, 2010

Moscow Central Clinical Hospital RDS-111 CTI 11 MeV (p), 2002

ECAT- EXACT-47 SIEMENS-CTI 2001

Tschelyabinsk, Magnitogorsk (two centers)

GUS OOD Eclipse RD, Siemens, 11 MeV (p), 2011

Biograph 64, Biograph 40, Siemens, 2011

Running PET facilities in Russia (2011)

50

Page 51: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Site Cyclotron

PET camera Current status

PET centre for Ministry of Emergency situations, St.-Petersburg

Eclipse RD, Siemens, 11 MeV (p), 2009

Biograph 64 Under installation

GUS OOD, Tumen’ Eclipse RD, Siemens, 11 MeV (p), 2011

Two Biograph 64

Just installed

Russian Oncological Center, Moscow

IBA Cyclone 18/9(?) Two Biograph mCT 40

Under installation

Kurchatov Scient. Centre, Moscow

Eclipse HP, Siemens, 11 MeV (p), 2011

Biograph mCT 40

Under installation

Private Diagnostic centre, St-Petersburg

Eclipse RD, Siemens, 11 MeV (p)

Two Biograph 16 RS (renovated)

Planned

Almazov Federal Heart, Blood and Endocrinology center, St.-Petersburg

PETTrace 4, GEHC 16.5/8.4 MeV (p/d) 2010

- Under installation

N.N. Burdenko Hospital MINITrace, GEHC, 9.6 MeV (p) 2008

PET/CT Discovery STE16, GEHC 2008

Planning start Nov. 2011

Children Hematology Onco-Centre, Moscow

- PET/CT Discovery STE16, GEHC 2010

Planning start Sept. 2011

GUS OOD, Hanti-Mansiisk MINITrace, GEHC, 9.6 MeV (p) 2009

PET/CT Discovery VCT64, GEHC 2009

Planning start 2012

Planned PET facilities in Russia (2011)

51

Page 52: Получение радионуклидов и РФП для ПЭТ. Введение. Лекция 1, Красикова Р.Н

Проблемы создания новых ПЭТ центров

Основные проблемы:

• Непомерные усилия по получению финансирования и согласования на различных уровнях (региональном, федеральном)

• Огромный временной разрыв между поставкой оборудования и запуском ПЭТ центра в эксплуатацию

• Сложности в создании современной GMP лаборатории: неизвестно, кто выдает сертификат и какой именно требуется?

• Затяжное строительство, начиная с очень длительного (и зачастую, неправильного) проектирования (в среднем 2-3 года);

• Отсутствие обучения радиохимиков и радиофармацевтов; низкие зарплаты для уже работающих в этой области - «утечка мозгов»

В 2010 г. ядерная медицина, и в особенности, ПЭТ были официально (на правительственном уровне) признаны лидирующими технологиями, которые необходимо развивать. В течение 5 лет планируется увеличить в несколько раз количество ПЭТ центров по всей стране, включая отдаленные регионы

52