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

De behandeling van kanker is voortdurend op zoek naar wapens die nauwkeurig genoeg zijn om een tumor te vernietigen zonder de patiënt schade toe te brengen. Een veelbelovende aanpak houdt het gebruik in van piepkleine pakketjes radioactief materiaal die zich naar kankercellen zoeken en alfadeeltjes vrijgeven, een type straling dat werkt als een microscopische moker. Deze deeltjes leggen slechts een zeer korte afstand af, waarbij ze een enorme klap uitdelen aan de kankercel terwijl het omliggende gezonde weefsel ongemoeid blijft. Er ontstaat echter een aanzienlijk probleem zodra het radioactieve materiaal in het lichaam is. Terwijl het hoofdradioactieve atoom vervalt, valt het uiteen in kleinere, bewegende stukjes die dochteratomen worden genoemd. Deze stukjes kunnen terugstoten en loskomen van hun oorspronkelijke drager, waardoor ze wegdrijven om zich te vestigen in gezonde organen zoals de nieren of de lever, wat potentieel onbedoelde schade kan veroorzaken. Om deze therapie veilig en effectief te maken, moeten artsen een manier vinden om precies te zien waar deze radioactieve stukjes naartoe gaan in een levende patiënt, maar huidige beeldvormingsinstrumenten worstelen om ze duidelijk te zien bij de minuscule doses die voor de behandeling worden gebruikt.

Een team van onderzoekers heeft nu een nieuwe manier gedemonstreerd om deze onzichtbare reizigers in levende muizen te zien. Ze gebruikten een gespecialiseerde camera die niet afhankelijk is van de zware metalen roosters, of collimatoren, die in traditionele medische scanners worden gevonden. In plaats daarvan gebruikt dit apparaat een solide blok kristal dat de richting van gammastraling kan detecteren — kleine energiebursts die worden uitgezonden terwijl de radioactieve atomen vervallen — door te volgen hoe ze van elektronen binnen het kristal afketsen. Deze methode, bekend als Compton-beeldvorming, stelt de camera in staat om een driedimensionale kaart te bouwen van waar de straling vandaan komt, zonder dat er een groot deel van het signaal geblokkeerd hoeft te worden. De onderzoekers pasten deze techniek toe op een muismodel van prostaatkanker dat was behandeld met een radioactief medicijn dat ontworpen is om de tumor te targeten. Ze injecteerden een zeer kleine hoeveelheid van het medicijn, slechts 18,5 kBq, een dosis die laag genoeg is om veilig te zijn voor een levend dier, maar te zwak voor de meeste standaard scanners om te detecteren.

Het team scande drie muizen, die elk een kleine tumor droegen, gedurende dertig minuten terwijl ze stil lagen op een enkel platform. De camera legde de gammastraling vast die werd uitgezonden door twee specifieke dochteratomen, 221Fr en 213Bi, die ontstaan wanneer het hoofdradioactieve medicijn afbreekt. Door zich te concentreren op de specifieke energiesignaturen van deze atomen, waren de onderzoekers in staat om duidelijke driedimensionale beelden te reconstrueren die lieten zien waar de straling zich had opgehoopeld. De resultaten toonden aan dat het radioactieve medicijn succesvol naar de tumoren was gereisd, en de camera kon de tumor onderscheiden van de rest van het lichaam. Ondanks dat de tumoren klein waren en de hoeveelheid straling ongelooflijk laag was, toonden de beelden de locatie van de kanker met verrassende helderheid. De onderzoekers maten ook de activiteit in de centrale organen, zoals de lever en de nieren, die als één helder gebied in de beelden verschenen omdat de camera deze nog niet van elkaar kon onderscheiden, maar het kon wel het verschil zien tussen de tumor en de rest van het lichaam.

Om er zeker van te zijn dat hun nieuwe camera de waarheid sprak, vergeleken de onderzoekers de beelden die ze in de levende muizen namen met metingen die werden gedaan nadat de muizen waren opgeofferd. Ze verwijderden de organen en tumoren en telden de straling in een laboratoriumapparaat. De cijfers van de live-beelden kwamen bijna perfect overeen met de cijfers van de labmetingen. Voor de tumoren detecteerde de camera tussen de 86% en s 98% van de werkelijke radioactieve activiteit, wat een aanzienlijk niveau van nauwkeurigheid is, omdat het bewijst dat deze nieuwe beeldvormingsmethode een betrouwbare, niet-invasieve manier kan bieden om het medicijn en zijn gevaarlijke bijproducten in realtime te volgen. De studie laat zien dat het mogelijk is om de beweging van deze radioactieve dochters te visualiseren bij doses die relevant zijn voor werkelijke menselijke therapie, een prestatie die voorheen als onmogelijk werd beschouwd bij zulke lage niveaus van straling.

De bevindingen suggereren dat deze technologie artsen er uiteindelijk bij kan helpen om gerichte alfatherapie te optimaliseren door hen de mogelijkheid te geven hoe het medicijn zich gedurende enkele dagen of weken in een patiënt gedraagt, in plaats van te moeten gissen op basis van een enkele momentopname genomen nadat het dier is gedood. Hoewel het huidige systeem beperkingen heeft, zoals het onvermogen om de individuele organen in het midden van het lichaam te scheiden, bewees het succesvol dat een enkele detector een gedetailleerde 3D-kaart kan maken van radioactieve vervalproducten in een levend subject. Dit opent de deur naar een beter begrip van hoe deze krachtige medicijnen zich in het lichaam verdelen, wat een cruciale stap is naar het veiliger en effectiever maken van alfatherapie voor de behandeling van kanker bij mensen.