produktion och medicinska applikationer

Transkript

1 Kortlivade positronstrålande radionuklider: produktion och medicinska applikationer Olof Solin Nationella PET-centret, Radiofarmaceutiska laboratoriet Acceleratorlaboratoriet

2 Introduktion av PET och annat Produktion av positronstrålande radionuklider Syntes av positronstrålande radioläkemedel Positronemissionstomografi (PET)

3 Nationella PET-centret En gemensam separat inrättning för Åbo Akademi Åbo Universitet och Åbo Universitet Centralsjukhus

4 Vad är PET? PET= Positron Emissions Tomografi Datoriserad tomografi som utnyttjar kortlivade (2 min - 2 timmar) radionuklider Möjliggör non-invasiv undersökning av molekylär funktion i vävnad

5 Varför PET? Obegränsat antal av naturliga spårämnen Metoden är kvantitativ Extremt hög känslighet Relativt god platsupplösning (som bäst ca 2 mm)

6 Vad kan man studera med PET? Metabolism och funktion i vävnad Signalsubstansers och receptorers funktion Blodflöde i vävnad Farmakokinetik och dynamik för läkemedel Genexpression

7 Nationella PET-centret vår uppgift Vetenskap av hög kvalitet Diagnostikservice för hela landet

8 Nationella PET-centret Ett nationellt forskningsinstitut för PET Forskare och anställda: 115 personer 3 cyklotroner, 6 PET scanners, 1 MRI Ytrymmen ca m 2, 16 hot cells >30 radioläkemedel i rutinbruk 80% forskning, 20% diagnostikservice ~80 publikationer / år

9 Positronsönderfall nderfall 511 kev 18 F 18 O + e + + e e - e - 18 F 511 kev 2 h = 511 kev

10 Princip för PET Kopplar en radionuklid till en förening av eget val fördelning i levande organism in vivo avbildning! Ett verktyg som ger svar på en vetenskaplig frågeställning

11

12 Kedjan från cyklotron till patientdiagnostik Informationsbehandling Matematisk behandling Positron Emissions Tomografi (PET) Cyklotron Radionuklidproduktion Radiokemi/ Radiofarmaci Kinetisk modellering av spårsubstanser Patientdiagnostik Biokemi

13 Allmänna positronstrålare 14 N(p, ) 11 C T ½ = 20.4 min 16 O(p, ) 13 N T ½ = 10.0 min N(d,n) 15 O T ½ = 2.05 min 18 O(p,n) 18 F T ½ = min

14 Del av nuklidkarta

15 Kärnreaktioner för f r produktion av 18 F 20 Ne(d, ) O(,d) F(p,d) F F F O(p,n) Ne( 3 He, n) 16 O(t,n) F 23 Na( 3 He,2 ) F n) 18 Ne 18 F 18 F

16 Del av nuklidkarta; Produktion av 18 F Mängden protoner 6 O 15 O 16 O 17 O 18 O % N 13 N 14 N 15 N min 2.03 min F s % 0.37 % F 18 F 19 F min 0.04 % 7.13 s 100 % 0.20 % Na 20Na 21Na 22 Na 23Na Ne 18 Ne 19 Ne 20 Ne 21 Ne 22 Ne s C 11 C 12 C 13 C min % 1.10 % B 9 B 10 B 11 B % 80.0 % 20.2 ms a s 22.5 s 2.6 y 100 % 15 h 17.2 s 90.5 % 0.27 % 9.2 % 37.2 s s 27.1 s Mängden neutroner 12 +

17 Cyklotron

18 Cyklotronbunker Bestrålningsposition A Cyklotron ovanifrån Cyklotron från sidan F E D B C Fördelning Cyklotron och radionuklidproduktionshantering Rad pharm lab 1 Rad pharm lab 2 Rad pharm lab 3 HC7 R&D laboratorium HC1 HC2 HC3 HC4 HC5 HC6 HC8 HC9 HC10 Schematisk ritning av CC-18/9 cyklotron, stråltransport och fördelning av radioaktivitet vid TPC

19 Planritnig över Cyklotron och radiokemilaboratorium

20 Jonkälla och cyklotron 17/11/2009 Olof Solin Turku PET Centre

21 Radionuklidproduktion 1 A=A sat *(1-e -ln2*t irr /T 1/2 )*I A= Mängd radioaktivitet [GBq] A sat = Mättnadsaktivitet [GBq/uA] tirr= Bestrålningstid I irr = Strålström [ua] Relative production yield Irradiation time [T 1/2 ]

22 A=A sat *(1-e -ln2*t irr /T 1/2 )*I Produktion av 18 F H 2 18 O 18 O(p,n) 18 F [ 18 F]F - A sat (18 MeV protoner) =9.5 GBq/uA t irr = min I=20-60 ua A EOB = GBq (0.5-8 Ci)

23 Ljusemission vid protonbestrålning av kväve ve

24 Produktion av kol-11; kärnreaktion och hetatomkemi 14 N(p, (p, ) C 11 O 2 CO 2 N 2 (X) proton 11 C O 2 CO 2 11 CO N( 2 D) N( 4 S) N( 2 P)

25 Syntes av [ 18 F]CFT [ 18 F]F - CH 3 I F [ 18 F]CH 3 F 2 [ 18 F]F 2 75 % 50 % CH 3 COOH 40 % H 3 C N COOCH 3 H H Sn(CH 3 ) 3 [ 18 F]CH 3 COOF 20 % H 3 C N COOCH 3 H H 18 F

26 Automatiserade synteser av radioläkemedel 17/11/2009 Olof Solin Turku PET Centre

27 Automatisk syntes, GMP-omgivning GMP= Good Manufacturing Practises

28 För- och nackdelar med positronstrålare Biogena radionuklider, dvs. isotoper av kol, syre, kväve, ve, fluor... Sönderfallsmekanismen möjliggör r extern kvantitativ bestämning av radioaktivitetsfördelning i t.ex. hjärnan Hög g specifik radioaktivitet möjliggör r användning ndning av mycket potenta (toxiska) substanser som radioläkemedel (tracerprincip) Kortlivade radionuklider, 2 min- 2 h halveringstid medför r låga l stråldoser åt t patienter, problem med radioaktivt avfall minimala Komplex kedja av specialister krävs vid R&D med PET dyrt Mängden utgångsaktivitet hög h hög g dosbelastning för f r personal automation

29 Biodistribution av 18 F-märkt signalsubstans i hjärna av gnagare Digital autoradiografi av snitt

30 Smådjurs PET/CT, VMAT 2 [ 11 C]Dihydrotetrabenazine [ 11 C]DTBZ

31 Smådjurs PET/CT, 18 F-fluorid för benstomme

32 Karakterisering av tumörer HO HO HO 18 F O OH Glukosmetabolism studerat med [ 18 F]FDG Tumörhypoxi studerat med [ 18 F]EF5

33 Positronemissionstomografi (PET) gör det möjligt att kvantitativt bestämma -metaboliska processer -sjukdomar -halter av signalsubstanser -läkemedelsverkan i den levande människan Övriga avbildningsteknologier som t.ex.. MRI och röntgentomografi avbildar endast anatomi

34 Med tack för bidrag av forskare och personal vid Nationella PET-centret