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Timestamp: 2016-12-08 08:44:52+00:00

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López-Durán, Fred Alonso;Zamora-Romo, Efraín;Alonso-Morales, José Luis;MendozaVásques, Guillermo TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES: LOS NUEVOS PARADIGMAS Tip Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, Vol. 10, Núm. 1, junio-sin mes, 2007, pp. 26-35 Universidad Nacional Autónoma de México México
Disponible en: http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=43211941004
en 1932. José Luis Alonso-Morales** y Guillermo Mendoza-Vásques
Unidad PET–Ciclotrón. La existencia y propiedades del positrón fueron predichas en 1927 por un físico francés P. spatial and functional information about biological processes are fused in PET. E-mail: *fred@correo.Biol. empleando radiofármacos PET. fue el primero en detectar los positrones en los rayos cósmicos3. Este logro va de la mano. D.unam.R. PET.D. La intención de este artículo está encaminada a difundir los
Nota: Artículo recibido el 03 de abril de 2007 y aceptado el 21 de mayo de 2007. Several technologies that generate quantitative.
Vol. espacial y funcional de los procesos biológicos a través de la obtención de imágenes de los eventos moleculares y celulares tomadas directamente de los organismos vivos.mx. molecular imaging. médicos y biólogos. PET.Esp.
Positron Emission Tomography (PET) is a sophisticated technique used in nuclear medicine for non-invasive diagnostic of several diseases. positron emission tomography. su bioquímica. Efraín Zamora-Romo. La historia del desarrollo del PET es rica e interesante. Ciudad Universitaria. Dirac2 (Figura 1a) Posteriormente. **jlamorales@yahoo. tuvo que pasar por un largo periodo de tiempo.
. así como en la química sintética.M. visualización y cuantificación de la distribución radiactiva del radionúclido emisor de positrones.
Palabras Clave: Ciclotrón. 2007
TOMOGRAFÍA LOS
POSITRONES:
Fred Alonso López-Durán*. han jugado un papel muy importante en distintas épocas1. gracias a los avances en la instrumentación. UNAM. Such information is obtained through images of molecular and cellular events which are directly taken from living organisms by using radiochemicals PET. desde los primeros intentos para la obtención de las primeras imágenes empleando emisores de positrones. tomografía por emisión de positrones. matemáticos. Coyoacán 04510.Cienc.
a tomografía por emisión de positrones (PET) es una nueva modalidad de diagnóstico por imagen que sin lugar a dudas ha llegado a ser una poderosa herramienta científica y clínica para el monitoreo de los procesos bioquímicos en el cuerpo humano principalmente.26
TIP Rev.F.
conceptos básicos de las distintas aplicaciones de una idea conceptual y multidisciplinaria como es el caso de la Tomografía por Emisión de Positrones. Universidad # 3000. Historia Para que el estudio PET llegara a ser una realidad más que una visión. Av. radiopharmaceutical PET. los cuales son retenidos de forma selectiva como trazadores. Las aplicaciones del estudio PET en el diagnóstico e investigación de las enfermedades permite el estudio de la cuantificación in vivo del metabolismo del tejido local. 1 ARTÍCULO DE REVISIÓN
D. Anderson (Figura 1b). radiofármaco PET. © TIP Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas. Un aspecto fundamental de la historia del estudio PET comienza con el descubrimiento teórico y experimental del positrón. en los sistemas biológicos en estudio. así como su farmacología y consiste en la detección. químicos. en gran medida. imagen molecular. No. en donde investigadores de distintas disciplinas incluyendo físicos. México. C.
Key Words: Cyclotron.com
La tomografía por emisión de positrones (PET) es una sofisticada técnica empleada en medicina nuclear para el diagnóstico no invasivo de distintas enfermedades. Facultad de Medicina.Quím. 10(1):26-35.A. En el PET están fusionadas varias tecnologías para la generación de información cuantitativa. hasta convertirse en la herramienta clínicamente útil que es hoy en día. 10.
Los múltiples detectores que rodeaban la cabeza del paciente fueron diseñados para la medición del flujo sanguíneo cerebral regional. la cual es la antimateria del electrón.
Figura 2.junio. se desarrolló una nueva versión del tomógrafo en el que se logró incrementar la sensibilidad y se tuvo la posibilidad de obtener imágenes tridimensionales y grandes logros fueron alcanzados en los primeros estudios con radiofármacos emisores de positrones6-11. D. Hacia finales de 1960. Anderson fue el primero en detectar los positrones en los rayos cósmicos.A. M. No fue sino hasta principios del año de 1967 cuando se comenzaron a estudiar los procesos para la reconstrucción de las imágenes
. Casi a finales del año 1950 fue posible aplicar las propiedades de la aniquilación de los positrones en la detección de los cánceres cerebrales. F. En la Figura 3 se encuentra el primer instrumento para la generación de imágenes tomográficas y su creador el Dr. En la Figura 2 se muestra una representación esquemática de la detección por coincidencia de los rayos gamma generados en la reacción de aniquilación de los positrones y su utilidad en la generación de la imagen PET. A. Muchos investigadores demostraron la ventaja de la imagen por positrones empleando técnicas de detección4-9. Primer instrumento para la generación de imágenes clínicas. El positrón posee una característica básica y fundamental. b) C.
No obstante que los logros alcanzados hasta entonces eran muy alentadores. Dirac quien fuera descubridor del positrón. los sistemas de detección generaban resultados con muy baja resolución porque los métodos de reconstrucción empleados no eran los adecuados. Por consiguiente. así como de otras enfermedades con la ayuda de sistemas de detección muy simples. 2007
López-Durán. a) Fotografía del físico P. estas propiedades causaron curiosidad en los investigadores para buscarles una aplicación. El desarrollo de modernos equipos PET requirió del desarrollo de técnicas matemáticas necesarias para la reconstrucción de las imágenes tomográficas. A pesar del hecho de que la instrumentación y la generación de imágenes empleadas no eran muy sofisticadas. las imágenes obtenidas con este equipo eran sensiblemente mejores que las obtenidas por otros instrumentos de imagen disponibles hasta entonces. que al encontrarse con el electrón se aniquila y el resultado es la generación de dos fotones que viajan en direcciones opuestas.: Tomografía por Emisión de Positrones: Los nuevos paradigmas
Coincidence Processing Unit
Sinogram/ Listmode Data
Figura 1. Representación esquemática de la detección por coincidencia de los rayos gamma producidos en la reacción de aniquilación de radionúclidos emisores de positrones y su correspondiente reconstrucción para la generación de la imagen PET.
El positrón es una partícula subatómica que posee la misma masa del electrón pero con carga eléctrica opuesta. quien fue el pionero en esta área4-5. et al. Brownell.
10. fase de estadio del tumor y control de la terapia. La resolución temporal depende primeramente de tiempo en que el scanner completa una rotación del gantry pero puede ser modificado utilizando técnicas de reconstrucción parcial. angiografía coronaria no invasiva y la definición de tejidos cardiacos y vasculares16. Michael Phelps a mediados de 1975. tenía un nuevo reto. Tomografía computarizada multicorte Con la introducción de los equipos de tomografía computarizada hace 30 años fue posible la adquisición de imágenes cardiacas. mejorando la resolución espacial con la mitad del tiempo de rotación del gantry20. esto basado en el promedio de espesor de la pared ventricular que es de aproximadamente 10 mm.
Vol. hacían significativamente prolongado el tiempo de adquisición de los estudios PET (60 minutos por estudio en promedio). Para la óptima utilización de algoritmos de reconstrucción se extraen datos en geometría paralela a 180º para su adquisición y reconstrucción.33 s. En las imágenes cardiacas. el tiempo de rotación del gantry y el pitch. Las nuevas cámaras PET-CT utilizan pequeños cristales. resultando un incremento de aproximadamente el 30% en la recuperación de cuentas. la disponibilidad de instrumentación PET en muchos departamentos de imagen está abriendo una nueva oportunidad para su aplicación en la cardiología. En los primeros equipos PET el uso de fuentes de radiación externas (Ge68) para la adquisición de las imágenes de transmisión. Townsend y Cherry. En 1979.0 a 4. La resolución espacial de los equipos CT se define como el tiempo requerido para adquirir los datos necesarios y reconstruir una imagen cardiaca que es de aproximadamente 100 ms o menos.28
TIP Rev. que se utilizaban para la corrección por atenuación. Esta tecnología fue introducida primero. disminuyendo considerablemente el tiempo de adquisición de los estudios (1421 minutos en promedio). los cuales aportan una excelente resolución espacial. Por lo tanto. también combina la integración de información metabólica y morfológica para la detección. que se define como la distancia que existe entre la cama de posicionamiento del paciente y el colimador del haz de rayos X19. En los equipos actuales la corrección por atenuación se hace utilizando equipos de tomografía computarizada (CT). No. ya que no aporta únicamente mediciones eficientes de la atenuación. y esto hace posible la adquisición de imágenes de angiografía coronaria no invasiva que es una de las más útiles y promisorias aplicaciones de la CT en estudios cardiacos. Godfrey Hounsfield y Alan Cormack fueron galardonados con el premio Nobel de medicina por su contribución en el desarrollo de la tomografía computarizada12-13.Cienc. Los equipos de 64 cortes aportan una resolución espacial de 0-4 mm. El PET-CT fue rápidamente aceptado en la práctica oncológica. El efecto de la atenuación es mayor para el PET que para el SPECT debido a la detección de coincidencia que utilizan (un par de fotones asociados a una aniquilación de pares que atraviesan los tejidos incrementando la probabilidad de atenuación). debido a su alto costo y poca disponibilidad en algunos países. Debido al rápido crecimiento de esta modalidad de imagen en el campo de la oncología.Quím. mejorando la resolución espacial de 7. a través de múltiples estudios se ha investigado la validación de este tipo de imágenes en el diagnóstico y pronóstico de la enfermedad arterial coronaria. Aunque esta nueva modalidad. En 1998 se introdujo en el mercado el primer tomógrafo multicorte incrementando de manera exponencial la resolución espacial y temporal de este tipo de equipos.
. La introducción de la tomografía espiral en 1989 representó el primer paso en la adquisición de imágenes tomográficas cardiacas18. 1
tomográficas.Biol.Esp. La versión más moderna del equipo PET finalmente llegó a ser una realidad y fue llevada a cabo por el Quím. el PET no es una técnica de fácil reproducción a diferencia de la Tomografía Computarizada de Simple Emisión de Positrón (SPECT). con un tiempo de rotación de 0. Con estas técnicas de reconstrucción los datos adquiridos sólo requieren de 240º.5 mm. La tomografía por emisión de positrones (PET) se ha desarrollado como una herramienta de imagen en la cuantificación de la perfusión miocárdica y en la búsqueda de tejido viable en pacientes con enfermedad arterial coronaria avanzada. Sin embargo. La corrección por atenuación en el PET hace posible la interpretación de los estudios. hasta entones considerada como joven. la cual empleaba los rayos X. esto juega un papel importante en la
minimización de efectos de volumen parcial. el uso de equipos PET-CT de alta resolución permite la posibilidad de realizar mediciones de la distribución regional del radiotrazador dentro del miocardio y la cuantificación de mediciones fisiológicas como el flujo sanguíneo y el metabolismo cardiaco17. La resolución temporal de estos sistemas está determinado por el tamaño del corte. Los avances del PET se dieron lentamente hasta antes del desarrollo de técnicas más avanzadas en la reconstrucción de imágenes que acompañaron el desarrollo de la tomografía computarizada. fueron los primeros en realizar la combinación de ambas modalidades en 200115. el cual se centraba ahora en la disponibilidad de generar en grandes cantidades los radionúclidos emisores de positrones necesarios para la producción de los radiofármacos PET14. para medir la calcificación intracoronaria regional como un rápido marcador de la Enfermedad Arterial Coronal (EAC). sin embargo. Actualmente los equipos de CT más recomendados para la adquisición de imágenes cardiacas son los de 16 y 64 cortes. La combinación de ambos estudios dentro de la cardiología es altamente útil para la evaluación de la calcificación coronaria.
debiendo utilizarse factores de conversión para diferentes densidades de tejidos (pulmón. debido a que los factores de atenuación para 511 keV (energía del radionúclido emisor de positrones) tienen que ser extrapolados a la relativa baja energía de los rayos X. dejando al fluoruro-18. imágenes tridimensionales de la biodistribución de un radiofármaco en el organismo. Desde la invención del acelerador de partículas tipo ciclotrón (Figura 4b). La reacción ocurre cuando un protón de alta energía interactúa con un núcleo de oxígeno en un blanco de agua enriquecida.: 3H. “radioisótopos” o “radionúclidos”. Los radionúclidos artificiales. la carga del
. el uso de fuentes naturales hasta entonces tenía aplicaciones limitadas. como los que se emplean en la técnica PET son producidos a través de reacciones nucleares.
(i.511 MeV/c2). corazón. Un ejemplo es como el que sucede con la producción del flúor-18. El positrón tiene la misma masa que el electrón (9. Las reacciones nucleares suceden cuando un núcleo interactúa con una partícula incidente. Ningún protón o neutrón es creado o destruido en esta reacción. b) Primer acelerador de partículas. 2007
López-Durán. hueso). el estudio PET es el medio de diagnóstico de vanguardia que emplea las propiedades especiales de la aniquilación de los positrones creando así. aunque el interés por el incremento en la producción de los radionúclidos emisores de positrones de vida media corta fue ganando terreno día a día16. Ésto espontáneamente emite un neutrón.n). cerebro. 32P). Esta nueva modalidad de diagnóstico por imagen ha ido puliéndose día a día hasta alcanzar límites jamás imaginados en el área de la oncología (i.11 x 10-31 Kg o 0. haciendo de esta técnica un método de diagnóstico seguro. los cuales son administrados al sujeto de diagnóstico en cantidades traza. En esta reacción un protón es adicionado al núcleo y un neutrón es emitido. Irene Joliot-Curie y Frederic Joliet fueron los primeros en describir la producción de la radiactividad en forma artificial empleando fuentes radiactivas naturales al bombardear blancos. los electrones tienen sus antielectrones (positrones) y los neutrinos sus antineutrinos. El PET actualmente es considerada como una avanzada técnica de diagnóstico por imagen de uso en medicina nuclear en la que se emplean radiofármacos PET. La instrumentación del CT y la baja dosis recibida pueden generar imágenes con buena resolución espacial minimizando la dosis de exposición del paciente.: Tomografía por Emisión de Positrones: Los nuevos paradigmas
Las imágenes de CT en el tórax requieren sólo de pocos segundos utilizando equipos multicorte.: detección del cáncer). siendo antimateria. ya que permitió la producción de grandes cantidades de varios radioisótopos de vida media corta21.junio. No obstante. et al. 14C. por lo que esta pequeñísima cantidad administrada (en algunos casos picogramos) no provoca ningún daño secundario al paciente. produciendo al fluoruro-18.e. Es bien conocido el hecho de que cada tipo de partícula subatómica posee su propia antimateria.: enfermedades neurodegenerativas. La invención del ciclotrón hecha por el premio Nobel Ernest Lawrence en el año de 1930 (Figura 4a). el positrón es la antimateria equivalente del electrón ordinario.: valoración de tejido sano postinfarto) y neurología (i. los distintos logros científicos que se habían alcanzado hasta entonces fueron detenidos como consecuencia de la Segunda Guerra Mundial.
Figura 4. el núcleo de oxígeno-18 (18O) consiste de ocho protones y diez neutrones.A. cardiología (i. En 1934. tal es el caso del mal de Parkinson y Alzheimer). Entre los primeros radionúclidos emisores de positrones se encuentran el carbono-11 (11C) y nitrógeno-13 (13N) los cuales se emplearon con la finalidad de iniciar investigaciones básicas en aplicaciones biológicas y químicas. Sin embargo. eficaz y de bajo costo. Así. marcó el inicio de una nueva era. Sin embargo. con la ayuda de un software. El oxígeno-18 (18O) captura el protón para formar al fluoruro-19. Después de la guerra.e. Los protones tienen sus antiprotones. útiles para numerosas aplicaciones. los aceleradores han jugado un papel importante en la producción de distintos radionúclidos de vida media corta. el cual está en un estado excitado. usualmente otro nucleón o un núcleo para generar un núcleo distinto. así como en la producción de grandes cantidades de radionúclidos (> 10 000 mCi para el caso del fluor-18).
O + protón
F + neutrón
Esta reacción puede reescribirse como 18O (p.e.n) 18F y es un ejemplo de una reacción nuclear protón-neutrón (p. Actualmente.e. Desafortunadamente. a) Ernest Lawrence. el cual posee nueve protones y nueve neutrones. algunos radionúclidos de vida media larga fueron producidos en reactores nucleares. Como ya se mencionó. F. La reacción es como sigue:
Ciclotrones para la producción de radionúclidos emisores de positrones Algunos científicos comenzaron a crear elementos radiactivos artificiales.
. Propiedades físicas de los radioisótopos emisores de positrones de vida media corta empleados comúnmente en la radioquímica PET
Radioisótopo O 13 N 11 C 18 F 18 F
Reacción nuclear N(p.635 0. “nitrógeno-13” y “oxígeno-15” (18F.9 x 103 9. 10.70 20.710 x 103 9. el gas blanco es recuperado criogénicamente dejando al 18Fluoruro en las paredes del cuerpo del blanco y liberado posteriormente por una segunda irradiación en la presencia de pequeñas cantidades de 19F2 (~100 µmol) en argón. En la actualidad el uso de los tomógrafos o cámaras PET (Figura 5) permiten realizar una exploración del cuerpo entero en periodos de tiempo muy cortos
Decaimiento (min.173 x 103 5-100 [18F]-F2-50
Flúor-18 Carbono-11 Nitrógeno-13 Oxígeno-15
109. 13N y 15O) cuyas vidas medias (T1/2) son: 110.72
Actividad específica (Ci/µmol) Teórica Práctica 1. absorbida en el tejido.19 1. La sustitución del carbono11 por el carbono no radiactivo. Principales reacciones nucleares para la producción de los cuatro principales radionúclidos emisores de positrones. la interacción de esta partícula con un electrón produce por aniquilación dos rayos gamma de 511 keV emitidos a 180º aproximadamente uno del otro. Actualmente. respectivamente. un fenómeno conocido como detección en coincidencia.5%) 5 mM etanol en agua estéril 14 N2 + 16O2(1%) H218Oa 18 O2
Forma química del precursor [15O] O2 [13N]NH4+ [11C]CO2 [18F]F[18F]F2b
Empleando una resina de intercambio. del vocablo del inglés: Electrón Capture (captura de electrones).220 x 103 18. La razón principal por lo que estos isótopos son tan comunes.96 1.n) 18F 18 O(p.Quím. y son producidos de forma rutinaria con la ayuda de un acelerador de partículas tipo ciclotrón.Biol. Algunas propiedades físicas de interés de estos radioisótopos emisores de positrones de vida media corta se encuentran en la Tabla I y en la Tabla II con sus principales reacciones nucleares para su producción. En la Figura 2 se ejemplifica este fenómeno y su utilidad para la generación de imágenes PET. 10 y 2 min. El fluor-18 (18F) puede ser sustituido por un grupo hidroxilo en una molécula o situado en una posición donde su presencia no altere significativamente el comportamiento biológico de la molécula.24 9.07
* EC. Generado en 2 pasos. el cuerpo humano está constituido casi al 100% por estos elementos. además de una baja tasa de exposición de la radiación lo que permite la posibilidad de realizar varios estudios en un mismo día. estos radionúclidos son el “flúor-18”. es decir por el elemento natural el carbono-12 (12C). 11C. Las vidas medias cortas de los radionúclidos PET presentan ciertas ventajas y desventajas. No. Las aplicaciones clínicas han sido estudiadas extensivamente. 1
positrón es positiva. el material blanco es separado del isótopo generado después de la irradiación y reciclado.Esp. Las ventajas principales para el paciente incluyen: una dosis baja. esta característica especial permite cuantificar distintos procesos fisiológicos llevándose a cabo in vivo con la ayuda de detectores situados fuera del cuerpo. Después de la irradiación del 18O2.
Tabla II. Cuando un núcleo decae. opuesta a aquélla del electrón.) β+ (97%) EC* (3%) β+ (99%) β+ (99%) β+ (100%)
Energía Máxima (MeV) 0. Una situación similar ocurre con el nitrógeno-13 y el oxígeno-15. La mayor desventaja es que la mayoría de los radionúclidos PET tienen que producirse localmente. existen cuatro radioisótopos emisores de positrones o radionúclidos PET los cuales son considerados trazadores biológicos. es debido a que pueden sustituirse con relativa facilidad en las
biomoléculas de interés. “carbono-11”.
Vol. no altera de forma significativa el tiempo de reacción o los mecanismos de una molécula.
Tabla I.a) 15O 16 O(p.a) 13N 14 N(p. el positrón emitido disminuye a energías térmicas.Cienc.30
TIP Rev. nitrógeno-13 y oxígeno15 son elementos de la vida. 20. El carbono-11.96 2.n) 18F
Material blanco N + 16O2(2.a) 11C 18 O(p.
: Tomografía por Emisión de Positrones: Los nuevos paradigmas
Figura 5. haciendo del PET una poderosa herramienta de investigación en el estudio de las trasformaciones bioquímicas y en el movimiento de las drogas en el cerebro humano y otras partes del cuerpo. a los laboratorios de síntesis y control de calidad. la existencia de los mencionados centros PET satélites ha permitido hacer de la técnica PET un procedimiento de diagnóstico cada día más difundido no sólo por la mayor disponibilidad de la técnica. sino también por el favorable costo-beneficio que su aplicación ha venido demostrando en la aplicación de un sistema global de salud. dependiendo del trazador. El número de radiofármacos PET sintetizados hasta la fecha es muy elevado y la gran mayoría de ellos son utilizados en estudios de investigación. tan sólo un reducido número de ellos han sido ampliamente empleados16-18. F. o PETCT-[18F]-FDG abarca más del 90% de las exploraciones en el diagnóstico de cáncer. la cual puede sintetizarse en una Unidad de Radiofarmacia Central y posteriormente distribuirse regionalmente a los distintos centros equipados con una cámara PET o bien con una gammacámara de coincidencia. Un ejemplo es la 2-[18F]-fluoro-2-desoxi-Dglucosa o simplemente [18F]-FDG. Este proceso puede ser simple o complejo. a pesar de la gran gama de posibilidades de diagnóstico por imagen aplicando ciertos radiofármacos PET. las síntesis radioquímicas deberán desarrollarse y efectuarse en forma remota y preferentemente en una celda caliente para reducir la exposición a la radiación. La principal aplicación de la medicina práctica es mejorar la calidad de vida del paciente.) o para determinar la agresividad de la enfermedad. entre otras cosas. Siemens). debido a esto se le conoce como el estándar de oro en la medicina nuclear por su uso como trazador del metabolismo de la glucosa en los tumores. et al.
en la síntesis de moléculas de interés biológico. No obstante. así como su correspondiente aplicación. Vista panorámica del acelerador de partículas tipo ciclotrón (RDS 111 de 11 MeV). Debido a que en un centro PET el mayor costo se debe al ciclotrón. Los radiofármacos son empleados generalmente para la evaluación del diagnóstico preliminar. el cual por razones estratégicas puede instalarse junto a un laboratorio de radiofarmacia y así realizarse en línea las correspondientes síntesis y controles de calidad de los radiofármacos PET producidos y/o bien el acelerador puede estar situado de tal forma que los radiofármacos PET sintetizados en los laboratorios de radiofarmacia puedan transportarse a otros centros PET. Las síntesis de dichos compuestos son generalmente realizadas con la ayuda de módulos de síntesis automatizados.
Figura 6. es empleado
. Este éxito puede ser alcanzado en conjunto con la utilización de los radiofármacos PET los cuales son diseñados para generar información en relación del estado actual de la enfermedad. Debido al reducido periodo de semidesintegración (T1/2) de los radionúclidos emisores de positrones empleados para el marcaje de los distintos radiofármacos utilizados en el estudio PET. En la Tabla III se muestra tan sólo una pequeña selección de algunos radiofármacos PET. el uso del estudio PET-[18F]-FDG. Durante los últimos 35 años grandes avances en la química sintética y en la instrumentación PET se han fusionado. Tomógrafo PET (ECAT EXACT HR + . 2007
López-Durán. Oncología Quizás una de las áreas que más se ha beneficiado de esta nueva modalidad de imagen ha sido el área de la oncología. Actualmente. A mediados de 1950 Michael Ter-Pogossian demostró que el uso del agua marcada con el oxígeno-15 (15O).
(30 minutos). etc.A. en la evaluación de la terapia (radioterapia y/o quimioterapia. éstos generalmente son producidos mediante un acelerador de partículas tipo ciclotrón como el que se muestra en la Figura 6. un radionúclido
A PLICACIONES PET
CLÍNICAS DE LOS RADIOFÁRMACOS
Una vez que el radionúclido PET ha sido producido.junio. Debido a que los radionúclidos PET son usualmente preparados con actividades específicas altas.
Algunos radiofármacos marcados con emisores de positrones y sus aplicaciones. Expresión génica Metabolismo dopaminérgico Hipoxia tumoral/isquemia Evaluación terapia antitumoral Metabolismo óseo Recaptación serotonina Receptores muscarínicos Metabolismo beta oxidativo Biodistribución anestésico Proliferación
Posteriormente. Actualmente la 2-[18F]-fluoro-2-desoxi-D-glucosa es el único radiofármaco PET empleado de forma rutinaria. El éxito de la síntesis de la 2-[18F]fluoro-2-desoxi-D-glucosa.Cienc.0 minutos). En la Figura 7 se muestran dos estudios PET empleando este trazador. Un caso excepcional sin lugar a dudas sucede con el flúor18 (T1/2 = 109 minutos) el cual debido a su vida media mayor. el cual no sólo limita la tasa de dosis al paciente. Desde las primeras aplicaciones de este trazador en la clínica práctica para el diagnóstico de distintas neoplasias. 1
Radiofármaco [11C]-acetato [11C]-carfentanil [11C]-cocaína y análogos [11C]-colina [11C]-deprenilo [11C]-flumazenil [11C]-harmina [11C]-hidroxiefedrina [11C]-MDL-100. adicionalmente los radiofármacos marcados con este radionúclido pueden transportarse a centros PET satélites ubicados a distancias considerables.
emisor de positrones de vida media ultra corta (T1/2 = 2.Esp. El uso del CO2 marcado con el oxígeno-15.Biol.907 [11C]-metilfenidato L-metil-11C-metionina [11C]-metil-L-triptófano [11C]-nicotina N-[11C]—metilespiperona [11C]-NMPB [11C]-palmitato [11C]-raclopride R-[11C]-rolipram [11C]-SCH 23390 [11C]-timidina L-1-[11C]-tirosina [11C]-WAY 100635 [13N]-amonio [15O]-agua [15O]-butanol [15O]-CO [15O]-CO2 [15O]-O2 [18F]-fluoroestradiol [18F]-altanserina [18F]-epibatidina [18F]-FDG [18F]-FHBG 2-[18F]-fluoro-tirosina 3-[18F]-fluoro-a -metiltirosina N-[18F]-fluoroetilespiperona 6-[18F]-FDOPA [18F]-fluoromisonidazol [18F]-fluorouracilo [18F]-fluoruro de sodio [18F]-Fluoxetina [18F]-FP-TZTP [18F]-FTHA [18F]-halotano [18F]-fluorotimidina
Aplicación Metabolismo b -oxidativo Receptores opiáceos Transportador de dopamina Síntesis acetilcolina Sustrato MAO-B Receptores benzodiazepínicos Sustrato MAO-A Innervación miocárdica Receptores serotonérgicos 5HT2A Transportador de dopamina Metabolismo aminoácidos Síntesis serotonina Receptores nicotínicos Receptores dopaminérgicos D2 Receptores muscarínicos Metabolismo b -oxidativo Receptores dopaminérgicos D2 Fosfodiesterasa-4 (PDE4). corazón y otros órganos27-31. 10. No. El flúor-18 es considerado un radioisótopo ideal para las imágenes PET debido a la baja energía del positrón (0. De nueva cuenta este trabajo experimental motivó a los científicos de distintas universidades en la construcción de ciclotrones para las investigaciones médicas.64 MeV). fue aplicado satisfactoriamente en ciertos estudios preliminares y generó posteriormente las bases para la medición tanto del flujo como del metabolismo regional del oxígeno y otras aplicaciones clínicas relevantes23-26. permite realizar síntesis complejas.
Tabla III. en consecuencia se obtienen imágenes de alta resolución.
Vol. La vida media del [18F]-flúor permitió la generación de valores precisos del metabolismo energético por el cerebro.
. podría ser empleado en la medición del flujo cerebral sanguíneo y en otros órganos aun cuando el PET no se había desarrollado19-20. sino que además. la tecnología PET ha jugado un papel muy trascendente en el campo de la oncología nuclear. este trazador se empleó con gran éxito en la medición tanto del flujo como del volumen sanguíneo cerebral y del corazón21-22.Quím.32
TIP Rev. [18F]-FDG marcó el inicio de muchos logros que posteriormente se concretarían en la producción de radiofármacos PET para otras aplicaciones clínicas relevantes. Gracias al desarrollo del escáner con la capacidad de generar imágenes de alta calidad de una manera simple y rápida. o simplemente. Receptores dopaminérgicos D1 Proliferación Metabolismo aminoácidos Receptores serotonérgicos 5HT1A Flujo sanguíneo Flujo sanguíneo Flujo sanguíneo Pool vascular Flujo sanguíneo Consumo de oxígeno Receptores estrogénicos Receptores serotonérgicos 5HT2A Receptores nicotínicos Metabolismo glicídico Expresión génica Metabolismo aminoácidos Metabolismo aminoácidos Receptores D2. en la evaluación de la viabilidad miocárdica32-35 y en la evaluación de tumores cerebrales36-38 recurrentes demostró ser de gran valor en la medicina nuclear. En el primer estudio (Figura 7a) se observa una biodistribución normal del radiofármaco con diagnóstico negativo en la proliferación celular de cáncer y en el segundo estudio (Figura 7b) se observa un estudio positivo en la proliferación celular de cáncer con múltiples metástasis en el pulmón. resulta con un rango corto de alcance de la partícula en el interior del tejido. El estudio PET sin lugar a dudas no podría haber tenido el impacto a nivel mundial alcanzado sin el desarrollo de los radiofármacos PET.
como es el caso de los gliomas. tanto para la comprensión de la fisiología del corazón como en pacientes sanos. presentes en la superficie de la membrana. ha rejuvenecido a la medicina nuclear de nuestro país y creado nuevas demandas y oportunidades. En el estudio PET-[18F]FDG realizado al mismo paciente muestra una lesión hipometabólica difusa.. Cardiología Las imágenes del corazón han probado ser muy valiosas en el diagnóstico clínico. pero su relación con la proliferación es sólo indirecta.junio. pérdida de la retroalimentación (feedback) diminuyendo la producción de ATP a través de la inhibición de varias enzimas claves de la glucólisis. están sobreexpresados en las células cancerígenas. F. muchos parámetros influyen en el grado de captación del [18F]-FDG por las células tumorales. El gen que codifica para GLUT-1 y para una extensión del gen para GLUT3. 2007
López-Durán. El éxito del [18F]-FDG cuyo poder de diagnóstico es sensiblemente de gran utilidad en la caracterización y estadio de una amplia variedad de tipos de cáncer. la sobreexpresión de GLUT-1 se detiene alrededor de las transformaciones malignas. et al. modifican en gran medida la captación del [18F]-FDG. la cual es generalmente encontrada en los casos de los gliomas de bajo grado. i. El carbono-11 (11C) tiene una vida media de 20. Tal acumulación del radiotrazador fosforilado crea un gradiente entre el tumor y los tejidos que lo rodean. Este metabolito no es un substrato para las enzimas posteriores y en consecuencia es capturado y acumulado en el interior de la célula. o están bajo investigación para una mejor caracterización tumoral a través de la imagen molecular. En la Figura 8 se muestra un estudio de un astrocitoma de bajo grado.
empleando al y diagnóstico b) estudio con de cáncer con
En los estudios PET-[18F]-FDG. en donde la aportación específica de estos factores en muchas ocasiones es difícil de evaluar en cada tipo de lesión tumoral5-10. i . Los procedimientos más comúnmente empleados con la ayuda de la tomografía por emisión de positrones (PET) son la cuantificación de la perfusión cardiaca. Actualmente es el segundo radiofármaco más usado a nivel mundial después de la [18F]-FDG. La contribución relativa de la glicólisis y transporte varía marcadamente de
. como la síntesis de proteínas. contribuye a la acumulación intracelular del trazador. evaluación de los aspectos inespecíficos del metabolismo tumoral. a) Estudio normal negativo en la proliferación celular de cáncer y diagnóstico positivo en la proliferación celular múltiples metástasis localizados en pulmón.24 minutos y ha sido empleado para la síntesis de numerosos compuestos entre los que destaca la preparación de algunos aminoácidos. en paralelo con la sobreexpresión de varios proto-oncogenes involucrados en la proliferación celular. La aplicación de la [11C]-Metionina ha sido de gran apoyo en el diagnóstico de tumores cerebrales de bajo grado. el aumento del trasporte de la glucosa y [18F]-FDG.e. Las imágenes metabólicas son llevadas a cabo con un análogo de la glucosa. en las que existe una glucólisis elevada. síntesis de ácidos nucleicos y trazadores específicos para receptores de expresión de genes. En el estudio del lado izquierdo. Adicionalmente. altamente favorable para la detección de las neoplasias. con un incremento en el metabolismo de la glucosa y la producción de lactato y un decremento en las rutas oxidativas. El mecanismo simplificado de captación de [18F]-FDG por las células es bien conocido: debido a que esta molécula es un análogo de la glucosa.: Tomografía por Emisión de Positrones: Los nuevos paradigmas
acuerdo al tipo de tumor. Aquí. Estudios PET de cuerpo completo radiofármaco [ 18F]-FDG. transporte de aminoácidos (aa). el [18F]FDG entra en la membrana celular empleando los mismos transportadores como glucosa (GLUT). así como en las enfermedades. es responsable del transporte de glucosa hacia las células tumorales. en particular GLUT-1. en proporción al metabolismo de la glucosa. Segundo: una reorientación de las rutas de la pentosa hacia la síntesis de nucleótidos necesarios para la producción de energía. Esta nueva clase de radiofármacos puede dividirse en trazadores generales. Un gran número de radiofármacos PET marcados con el flúor18 han sido propuestos39. Esta técnica es empleada para evaluar la posibilidad de la enfermedad arterial coronaria y el progreso o eficacia de alguna terapia específica. se observa un incremento en la glucólisis de las células tumorales. e. Aun en este caso. la administración de la [11C]-Metionina claramente ejemplifica el grado de la lesión tumoral en el cerebro40-41.A. Primero: El incremento de la glucólisis resulta de dos fenómenos Pasteur.. La proliferación tumoral. posteriormente es fosforilada a [18F]-FDG-6-fosfato por la enzima hexoquinasa. el cual fue obtenido mediante resonancia magnética demuestra una masa de baja intensidad en el área temporal profunda derecha. este radiofármaco puede distinguir entre tejido isquémico de un
Figura 7. principalmente por la amplia disponibilidad del radionúclido y la producción automatizada de los radiofármacos. Un incremento en el número de moléculas transportadoras de glucosa (GLUT). la 2-[18F]-fluoro-2-desoxi-D-glucosa o simplemente [18F]-FDG. En las células tumorales. inflamación y la cantidad de glucosa presente en sangre entre otros factores. hipoxia. Los radiofármacos marcados con este radionúclido presentan la opción más atractiva.
quizás la necesidad más Laboratory. Part II: Clinical applications. Fluorine Chem. 3. C. 20. in Proceedings of the Symposium on Otro radiofármaco PET que es empleado extensamente para el Dynamic Studies with Radioisotopes in Medicine. A. Vienna. B. IAEA) págs. 1973). Wolf. Wolf. desarrolladas con resultados realmente sorprendentes. Chesler.J. MGH positron camera.
. IAEA.. Int. empleado radiotrazadores específicos para evaluar el papel IEEE Transactions on Nuclear Science NS-19. No.96 minutos).Jr. Science 90. British Journal of Radiology 46. Nobel Lecture. 163-176. Ter-Pogossian.N. & Sweet. J. Radioisotopes in Scientific Research. C.Jr. & Burnham. importante para las futuras aplicaciones del estudio PET. El futuro de la imagenología PET es promisorio debido a su with applications in radiological physics. 10.) 176-183 (The Society of utilizado como trazador del flujo sanguíneo de una forma 42 Nuclear Medicine. The use of radioactive de la UNAM por las facilidades y recursos otorgados para la oxygen-15 in the determination of oxygen content in malignant ejecución de las actividades de diagnóstico. G. D.D.96 minutos (T1/2 = 9. El autor agradece a la Coordinación de la Investigación Científica 19. New developments in positron temporal. Cormack. C. W. Journal of Nuclear Y finalmente el oxígeno-15 que se emplea para estudios de Medicine 14. Fluorine-18 chemistry and its application to positron estudiar la complejidad del metabolismo del ser humano. 4. ayuda de la tomografía computarizada proporcionando 15. Vienna.A.. 13. 7. G. perfusión miocárdica. 117 (1972).L. in Tomographic Imaging in Nuclear Medicine (ed. D. Nucleonics 11. investigación y neoplasms. M. J. 623 (1973). Brownell. 18.L. G. que está marcado con (August 31-September 4. el radionúclido emisor de positrones nitrógeno-13 con una vida 161-172.M.G. Hoop.E.. J. E.E. 40-45 (1953). Burnham.O. Figura 8. New York.A. USA (1999)..A.H. G. & Welch. & Ter-Pogossian.L. & Brownell. 5. G. Methods 27. Transverse section imaging of myocardium with 13NH4. Radiat.34
TIP Rev. Recientemente. Dirac. 11. & Brownell. A history of positron imaging.M. Computerized transverse axial scanning utilizado ampliamente. Brownell. Brownell. 16. in Proceeding of the Symposium on gliomas de bajo grado. media de 9.E.A. 210combinadas con las imágenes anatómicas obtenidas con la 224 (1975).S.. 23(5).O. Application of annihilation coincidence detection to obtenidas en un estudio convencional mediante el PET son transaxial reconstruction tomography. Este trazador es reconstruction technique. 412 (1983). et al. Appl. W. debido a su vida media muy corta (2 min. Chesler.
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1. G.P. en donde las imágenes metabólicas M. The use of nuclear disintegration in the diagnosis and treatment of brain tumor. Burnham. 875-878 (1951).M. Nobel Lecture. simpático y parasimpático. Isot. & Bohning. (tomography). Quantitative dynamic studies using short-lived radioisotopes and positron detection. in Nerem 1972 Record 2. 2. L.H.A. Rotterdam estudio del corazón es el [13N]-Amonio. A. Nucl. 201-205 (1972). cerebro. aunque desafortunadamente no se ha 12. tejido infartado y de tejido no viable. Theory of electrons and positrons. En el estudio empleando a la [ 11C]-Metionina Medical Radioisotope Scintigraphy (Salzburg 6-15 claramente es ejemplificado el grado de la lesión tumoral en el August 1968. Part I: Description of system. y cómo difieren éstos en la salud y en la enfermedad. Brownell. 28. M. N. Positron tomography and three-dimensional estudios de perfusión y viabilidad miocárdica. Estudio PET-[ 18F]-FDG muestra una lesión hipometabólica scintigraphy and the application of cyclotron-produced difusa. December 12 (1933). la cual es generalmente encontrada en los casos de los positron emitters. uno de 14. J.Esp. análoga al Tl-201 que es empleado en SPECT . emission tomography. Eichling. Hoop. 1971) págs. Lawrence. ellos es la fusión de imágenes. P. Hoffman. G. Freedman. Anderson.L. es sin 16.Biol. Conmemoración del 50 Aniversario del Hospital General de Massachussets. D. Pergamon desarrollo realizadas en la Unidad PET-Ciclotrón y también al Press: London (1958). Localization of brain tumors with positron emitters. así como los receptores muscarínicos 9. que es empleado en 10. N. Elsinga. Radiopharmaceutical chemistry for positron emission AGRADECIMIENTOS tomography. & Powers. A multi-crystal positron camera. personal de la Unidad PET-Ciclotrón. 29-48 (1977). & Redvanly. 195-207 (1973). New England Journal of Medicine 245.L. Ter-Pogossian.M. Nuevas tecnologías han sido and Biology 18. Phelps. E. The medical cyclotron of the Crocker Radiation información relevante.. 407-408 (1939). Brownell.M.Quím. se han 8. Hounsfield. P. duda el desarrollo de nuevos radiofármacos PET que permitan 17. 208-217 (2002). G.L.S. 1970.O.A. P.A. The production and properties of positrons. Physics in Medicine impacto social y económico. 1016-1022 CONCLUSIONES (1973). Astrocitoma de bajo grado. W. No obstante.
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López-Durán.
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