In vivo Quantitative Tomography of 225Ac Daughters in a Prostate Cancer Mouse Model with a Compton Camera

La cura del cancro è costantemente alla ricerca di armi abbastanza precise da distruggere un tumore senza danneggiare il paziente. Un approccio promettente prevede l'uso di minuscoli pacchetti di materiale radioattivo che cercano le cellule cancerose e rilasciano particelle alfa, un tipo di radiazione che agisce come un martello pneumatico microscopico. Queste particelle viaggiano solo per una brevissima distanza, sferrando un colpo massiccio alla cellula cancerosa e lasciando intatto il tessuto sano circostante. Tuttavia, un problema significativo sorge una volta che il materiale radioattivo si trova all'interno del corpo. Mentre l'atomo radioattivo principale decade, si frammenta in pezzi più piccoli e in movimento chiamati atomi figli. Questi pezzi possono rinchiudersi e staccarsi dal loro trasportatore originale, vagando via per depositarsi in organi sani come i reni o il fegato, causando potenzialmente danni involontari. Per rendere questa terapia sicura ed efficace, i medici hanno bisogno di un modo per osservare esattamente dove vanno questi pezzi radioattivi all'interno di un paziente vivente, ma gli attuali strumenti di imaging faticano a vederli chiaramente alle dosi minuscole utilizzate per il trattamento.

Un team di ricercatori ha ora dimostrato un nuovo modo per vedere questi viaggiatori invisibili all'interno di topi viventi. Hanno utilizzato una telecamera specializzata che non si affida alle pesanti griglie metalliche, o collimatori, presenti nei tradizionali scanner medici. Invece, questo dispositivo utilizza un blocco solido di cristallo che può rilevare la direzione dei raggi gamma — minuscoli impulsi di energia emessi mentre gli atomi radioattivi decadono — tracciando come rimbalzano sugli elettroni all'interno del cristallo. Questo metodo, noto come imaging Compton, consente alla telecamera di costruire una mappa tridimensionale di dove proviene la radiazione senza dover bloccare la maggior parte del segnale. I ricercatori hanno applicato questa tecnica a un modello di topo con tumore alla prostata che era stato trattato con un farmaco radioattivo progettato per colpire il tumore. Hanno iniettato una quantità molto piccola del farmaco, appena 18,5 kBq, una dose sufficientemente bassa da essere sicura per un animale vivente ma troppo debole per la maggior parte degli scanner standard per essere rilevata.

Il team ha scansionato tre topi, ciascuno con un piccolo tumore, per trenta minuti mentre giacevano immobili su un'unica piattaforma. La telecamera ha catturato con successo i raggi gamma emessi da due specifici atomi figli, 221Fr e 213Bi, che vengono creati mentre il farmaco radioattivo principale si decompone. Concentrandosi sulle specifiche firme energetiche di questi atomi, i ricercatori sono stati in grado di ricostruire immagini tridimensionali chiare che mostravano dove la radiazione si era accumulata. I risultati hanno rivelato che il farmaco radioattivo era riuscito a raggiungere i tumori e la telecamera poteva distinguere il tumore dal resto del corpo. Nonostante i tumori fossero piccoli e la quantità di radiazione fosse incredibilmente bassa, le immagini hanno mostrato la posizione del cancro con una chiarezza sorprendente. I ricercatori hanno anche misurato l'attività negli organi centrali, come il fegato e i reoli, che apparivano come una singola regione luminosa nelle immagini perché la telecamera non era ancora in grado di separarli l'uno dall'altro, ma poteva chiaramente distinguere il tumore dal resto del corpo.

Per garantire che la loro nuova telecamera dicesse la verità, i ricercatori hanno confrontato le immagini scattate all'interno dei topi vivi con le misurazioni effettuate dopo che i topi erano stati sacrificati. Hanno rimosso gli organi e i tumori e hanno contato la radiazione in una macchina di laboratorio. I numeri delle immagini dal vivo corrispondevano quasi perfettamente ai numeri delle misurazioni in laboratorio. Per i tumori, la telecamera ha rilevato tra l'86% e il 98% dell'effettiva attività radioattiva presente. Questo livello di accuratezza è significativo perché dimostra che questo nuovo metodo di imaging può fornire un modo affidabile e non invasivo per tracciare il farmaco e i suoi sottoprodotti pericolosi in tempo reale. Lo studio mostra che è possibile visualizzare il movimento di questi prodotti figli radioattivi a dosi che sono rilevanti per la reale terapia umana, un'impresa che era precedentemente considerata impossibile con livelli così bassi di radiazione.

I risultati suggeriscono che questa tecnologia potrebbe eventualmente aiutare i medici a ottimizzare la terapia alfa mirata, permettendo loro di osservare come il farmaco si comporta all'interno di un paziente nell'arco di diversi giorni o settimane, invece di dover indovinare basandosi su un singolo scatto fotografico preso dopo che l'animale è stato ucciso. Sebbene l'attuale sistema abbia dei limiti, come l'incapacità di separare i singoli organi al centro del corpo, ha dimostrato con successo che un singolo rilevatore può creare una mappa 3D dettagliata dei prodotti di decadimento radioattivo in un soggetto vivente. Ciò apre la porta a una migliore comprensione di come questi potenti farmaci si distribuiscono nel corpo, il che è un passo cruciale verso il rendere la terapia alfa un'opzione più sicura ed efficace per il trattamento del cancro negli esseri umani.