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

癌症治疗一直在寻找足够精准的武器，以便在摧毁肿瘤的同时不伤害患者。一种极具前景的方法是使用装载放射性物质的微小颗粒，这些颗粒能寻找癌细胞并释放阿尔法粒子（alpha particles），这类粒子是一种像微型大锤一样的辐射类型。这些粒子只能移动极短的距离，在对癌细胞造成沉重打击的同时，让周围的健康组织毫发无损。然而，一旦放射性物质进入体内，一个显著的问题就出现了。随着主要的放射性原子发生衰变，它会分解成被称为“子原子”（daughter atoms）的更小的、处于运动状态的碎片。这些碎片可能会发生反冲并从其原始载体上脱离，漂移到肝脏或肾脏等健康器官中沉积，从而可能导致意外损伤。为了使这种疗法既安全又有效，医生需要一种方法来精确观察这些放射性碎片在活体患者体内的确切去向，但目前的成像工具在处理治疗中所使用的极低剂量时，难以清晰地观察到它们。

研究人员现在展示了一种在活体小鼠体内观察这些“隐形旅行者”的新方法。他们使用了一种特殊的相机，这种相机不依赖于传统医学扫描仪中发现的重金属网格（即准直器）。相反，该设备使用一块固体晶体，通过追踪伽马射线（gamma rays，即放射性原子衰变时发出的微小能量脉冲）在电子上的反弹方式来探测其方向。这种被称为“康普顿成像”（Compton imaging）的方法，允许相机在不需要阻挡大部分信号的情况下，构建出辐射来源的三维图谱。研究人员将这种技术应用于一个接受过旨在靶向肿瘤的放射性药物治疗的前列腺癌小鼠模型。他们注射了极少量的药物，仅为 18.5 kBq，这个剂量足以保证活体动物的安全，但对于大多数标准扫描仪来说却过于微弱，难以检测。

团队对三只各携带一个小肿瘤的小鼠进行了扫描，每只小鼠在单个平台上静卧了三十分钟。相机成功捕捉到了两个特定子原子——221Fr 和 213Bi 发出的伽马射线，这两个原子是主要放射性药物分解过程中产生的。通过聚焦于这些原子的特定能量特征，研究人员能够重建出清晰的三维图像，显示辐射在何处聚集。结果显示，放射性药物已成功到达肿瘤部位，且相机能够将肿瘤与身体的其他部分区分开来。尽管肿瘤很小且辐射量极低，图像仍能以惊人的清晰度显示出癌症的位置。研究人员还测量了中心器官（如肝脏和肾脏）的活性，由于相机目前尚无法将它们彼此分离，因此它们在图像中呈现为一个单一的明亮区域，但相机可以清晰地辨别肿瘤与身体其他部分之间的差异。

为了确保这种新相机所显示的图像是真实的，研究人员将他们在活体小鼠体内拍摄的图像与牺牲小鼠后进行的测量结果进行了对比。他们取出器官和肿瘤，并使用实验室机器进行计数。活体图像中的数值与实验室测量值几乎完全吻接。对于肿瘤而言，相机的检测值在实际放射性活性的 86% 到 98% 之间。这种准确水平意义重大，因为它证明了这种新的成像方法可以提供一种可靠、非侵入性的方式，实时追踪药物及其危险副产物的动态。该研究表明，在与实际人类治疗相关的剂量水平下实现可视化，观察这些放射性子原子的运动是可能的，而这在以前被认为在如此低水平的辐射下是无法实现的。

研究结果表明，这项技术最终可以帮助医生优化靶向阿尔法疗法，使其能够观察药物在患者体内数天或数周内的行为，而不是仅仅依靠动物死亡后拍摄的一张快照来进行猜测。虽然目前的系统存在局限性，例如无法分离身体中心部的各个器官，但它已成功证明了单个探测器可以在活体受试者中创建详细的三维衰变产物图谱。这为深入了解这些强效药物如何在体内分布打开了大门，而这正是使阿尔法疗法成为一种更安全、更有效的癌症治疗方案的关键一步。