Rapid metabolism of the immuno-PET radioligand [68Ga]Ga-NOTA-GZP upon in vivo administration in mice

All'interno del corpo umano, una guerra silenziosa è spesso combattuta dai soldati d'élite del sistema immunitario: le cellule T citotossiche e le cellule natural killer. Quando queste cellule incontrano una minaccia, come una cellula cancerosa o un tessuto infetto, rilasciano una proteina specifica chiamata Granzima B. Questa proteina agisce come un innesco molecolare, istruendo la cellula bersaglio all'autodistruzione. Per medici e ricercatori, essere in grado di vedere dove e quando questa proteina è attiva sarebbe uno strumento potentissimo. Permetterebbe loro di osservare il sistema immunitario in tempo reale, controllando se un nuovo trattamento sta risvegliando con successo le difese del corpo o se un'infezione viene contenuta. Per fare questo, gli scienziati hanno sviluppato minuscoli traccianti chimici, essenzialmente spie molecolari, che possono essere iniettati nel corpo e tracciati utilizzando una speciale telecamera chiamata PET scanner. Questi traccianti sono progettati per attaccarsi al Granzima B, illuminando le aree in cui il sistema immunitario è più attivo.

Una delle molecole più promettenti tra questi traccianti è una molecola marcata con una forma radioattiva di gallio, un metallo che emette segnali rilevabili dalla telecamera. Gli scienziati hanno utilizzato questo specifico tracciante, noto come [68Ga]Ga-NOTA-GZP, in topi e persino in primi studi clinici sull'uomo per mappare l'attività immunitaria. L'ipotesi era che, una volta iniettata, questa molecola viaggi attraverso il flusso sanguigno, trovi il suo bersaglio e rimanga intatta abbastanza a lungo da fornire un'immagine chiara. Tuttavia, uno studio recente condotto da ricercatori in Norvegia ha scoperto un errore sorprendente e critico in questa ipotesi. Hanno scoperto che, mentre il tracciante appare perfettamente stabile in una provetta, si frammenta quasi immediatamente una volta entrato in un animale vivente. Questa scoperta suggerisce che le immagini che gli scienziati stanno vedendo potrebbero non mostrare il tracciante che pensano, ma piuttosto i pezzi rotti di esso, il che potrebbe portare a interpretazioni errate su quanto un trattamento stia funzionando.

I ricercatori hanno iniziato la loro indagine testando la stabilità del tracciante nel plasma sanguigno umano al di fuori del corpo. Hanno mescolato la molecola radioattiva con il plasma e l'hanno riscaldata alla temperatura corporea, imitando le condizioni all'interno di una persona. Dopo un'ora, hanno analizzato la miscela e hanno scoperto che il trocia rimaneva completamente intatto. Ogni singola molecola era ancora intera, suggerendo che il legame chimico che tiene il metallo radioattivo alla catena peptidica fosse forte e affidabile in queste condizioni controllate. Questo risultato si allineava con la fiducia che molti scienziati avevano riposto nello strumento, rafforzando l'idea che fosse un agente robusto per l'imaging.

Tuttavia, la storia è cambiata drasticamente quando il team è passato dalla provetta ai topi vivi. Hanno iniettato lo stesso tracciante in topi sani e in topi portatori di tumore, per poi prelevare campioni di sangue a intervalli specifici: quindici minuti, trenta minuti e sessanta minuti dopo l'iniezione. Quando hanno analizzato questi campioni di sangue, il quadro era drasticamente diverso. In soli quindici minuti, la quantità di tracciante intatto nel sangue era scesa a circa il tredici per cento. A trenta minuti, era scesa a meno del cinque per cento e, al traguardo di un'ora, quasi nessuna della molecola originale rimaneva. Invezione di un segnale singolo e pulito, il sangue conteneva una miscela di nuovi, piccoli frammenti radioattivi. Il tracciante era stato rapidamente smantellato dai processi biologici del corpo.

Per capire quali fossero questi frammenti, i ricercatori li hanno confrontati con sostanze note. Uno di questi nuovi frammenti è apparso nell'analisi a un tempo molto simile al gallio libero, ovvero il metallo senza il suo trasportatore peptidico, o a un piccolo pezzo della molecola trasportatrice stessa. Ciò ha suggerito che il metallo si fosse staccato dalla catena peptidica, un processo noto come demetallazione, o che la catena fosse stata tagliata in pezzi. Un altro frammento è apparso leggermente prima del tracciante originale, cosa che i ricercatori hanno ipotizzato essere il risultato degli enzimi del corpo che alterano chimicamente l'estremità della molecola peptidica, forse trasformando un gruppo chimico specifico in un acido. Fondamentalmente, quando hanno confrontato il comportamento del tracciante originale con quello del gallio libero iniettato direttamente nei topi, i due non somigliavano affatto. Il gallio libero si accumulava pesantemente nel fegato e vi restava, mentre il tracciante e i suoi frammenti venivano espulsi rapidamente attraverso i reni e nella vescica. Questa differenza ha dimostrato che i pezzi rotti non stavano semplicemente agendo come il metallo libero; stavano comportandosi come piccoli frammenti solubili in acqua che il corpo filtra rapidamente.

Le implicazioni di queste scoperte sono significative per il modo in cui gli scienziati interpretano le immagini del sistema immunitario. Molti studi precedenti si sono basati su modelli matematici per calcolare esattamente quanto tracciante si lega a un tumore, assumendo che il segnale nel sangue provenga dalla molecola intatta. Se la molecola si rompe così velocemente, tali calcoli sono probabilmente errati perché la telecamera sta rilevando una miscela del tracciante originale e dei suoi frammenti. I ricercatori hanno notato che questa rapida degradazione avviene molto più velocemente di quanto riportato in altri studi, che potrebbero aver solo osservato un singolo punto temporale perdendo la velocità della degradazione. Hanno anche sottolineato che la struttura chimica del tracciante può variare leggermente a seconda di come viene prodotto, e queste piccole differenze potrebbero spiegare perché alcuni studi precedenti abbiano visto una stabilità migliore rispetto ad altri.

In definitiva, questo studio funge da fondamentale richiamo alla realtà per il campo dell'imaging immunitario. Dimostra che una molecola può essere perfettamente stabile in una provetta ed essere invece fragile in un corpo vivente, e che ciò che sembra un'immagine di successo potrebbe essere in realtà una collezione di detriti metabolici. I ricercatori concludono che, per ottenere una vera comprensione dell'attività immunitaria, gli studi futuri devono tenere conto di questa rapida degradazione. Suggeriscono che gli scienziati debbano progettare traccianti più stabili che possano sopravvivere al viaggio attraverso il flusso sanguigno e che debbano essere molto cauti nell'interpretare i dati dei traccianti esistenti. Senza queste correzioni, le immagini che vediamo del sistema immunitario che combatte la malattia potrebbero essere sfocate, mostrando le conseguenze di una battaglia piuttosto che la battaglia stessa.