Информационный бюллетень: Что такое ядерная медицина и молекулярная визуализация?

Открытие рентгеновских лучей более века назад коренным образом изменило практику медицины, позволив врачам и ученым заглянуть внутрь живого тела. Сегодня современная медицина претерпевает еще одну крупную трансформацию, и ядерная медицина и молекулярная визуализация находятся на переднем крае, исследуя глубоко внутри тела, чтобы выявить его внутреннюю работу.

В отличие от обычных визуализирующих исследований, которые дают в основном структурные изображения, ядерная медицина и молекулярная визуализация позволяют визуализировать, как функционирует организм и что происходит на клеточном и молекулярном уровне. Эволюция диагностической визуализации — от создания анатомических изображений к визуализации и измерению физиологических процессов в организме — критически важна для всех аспектов современной медицины, от диагностики заболеваний на самых ранних стадиях и разработки более эффективных методов лечения до персонализации лечения.

С помощью ядерной медицины и молекулярной визуализации ученые и медицинские работники:
• лучше понять пути распространения болезни
• быстрая оценка новых препаратов
• улучшение подбора терапии
• мониторинг реакции пациента на лечение
• поиск новых способов выявления лиц, подверженных риску заболевания.

Почему ядерная медицина и молекулярная визуализация уникальны?

В традиционной диагностической визуализации внешний источник энергии, такой как рентгеновские лучи, магнитные поля или ультразвуковые волны, используется для получения изображений костей и мягких тканей. В ядерной медицине и процедурах молекулярной визуализации источник энергии вводится в организм, где он включается в конкретную ткань, орган или процесс, а затем обнаруживается внешним устройством (гамма-камера, сканеры ОФЭКТ или ПЭТ) для предоставления информации о функции органов и активность клеток. Поскольку болезнь начинается с микроскопических изменений клеток, ядерная медицина и молекулярная визуализация имеют потенциал для выявления болезни на более ранней, более излечимой стадии, часто до того, как обычные методы визуализации и другие тесты смогут выявить аномалии.

Для получения этой уникальной информации без ядерной медицины и молекулярной визуализации потребуются более инвазивные процедуры, такие как биопсия или хирургия, или это будет просто невозможно.

Обладая способностью выявлять ранние признаки заболеваний и других аномалий, ядерная медицина и молекулярная визуализация позволяют изменить медицинскую помощь с реактивной на упреждающую, сохраняя и улучшая
бесчисленное количество жизней.

Как используются ядерная медицина и молекулярная визуализация?

Ядерная медицина и молекулярная визуализация играют все более важную роль в уходе за пациентами, медицинских исследованиях и фармацевтических разработках.

Сегодня ядерная и молекулярная диагностическая визуализация доступны практически для каждой основной системы органов в организме. Количество основанных на ядерной медицине методов лечения рака и других заболеваний также увеличивается.

Ядерная медицина и молекулярная визуализация являются неотъемлемой частью лечения пациентов с раком, заболеваниями сердца и мозга:
• Лимфома и рак пищевода, толстой кишки и легких — это лишь некоторые из многих видов рака, для которых ядерная и молекулярная визуализация действительно может изменить направление и результаты лечения пациентов.
• Ядерная медицина — посредством визуализации перфузии миокарда — предлагает очень точный тест для диагностики ишемической болезни сердца у пациентов, которые могут подвергаться риску сердечного приступа.
• В дополнение к помощи врачам в диагностике деменции ядерная визуализация теперь предлагает визуализирующие агенты, которые успешно выявляют ранние изменения в мозге, связанные с болезнью Альцгеймера.

Примеры анатомической визуализации (КТ) в сравнении с функциональной визуализацией
(ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ). У этого пациента КТ (А) не выявила рецидива заболевания.
Однако на ПЭТ-сканировании (В) видно пятно, указывающее на злокачественное новообразование. ПЭТ/КТ
совмещенное изображение (С) дает более четкое представление о происходящем.
Ссылка: http://jnm.snmjournals.org/content/49/6/938.full

В лаборатории ядерная медицина и технологии молекулярной визуализации помогают ученым в различных дисциплинах лучше понять молекулярные пути и механизмы болезней. Помогая исследователям быстро оценивать новые методы лечения, ядерная медицина и молекулярная визуализация также способствуют ускоренной разработке новых и более эффективных лекарств.

Как работают ядерная медицина и молекулярная визуализация?

Ядерная медицина и молекулярная визуализация включают визуализирующий агент (радиофармацевтический препарат или зонд), который вводится в организм, как правило, путем инъекции, и устройство визуализации, способное обнаруживать и использовать сигналы зонда для создания подробных изображений. Зонды, предназначенные для накопления в определенном органе или прикрепления к определенным клеткам, позволяют визуализировать и измерять клеточную активность и биологические процессы.

В ядерной медицине визуализирующий агент представляет собой соединение, которое включает небольшое количество радиоактивного материала, называемого радиоактивным индикатором. Радиофармпрепараты (которые также называют радиофармпрепаратами или радионуклидами) производят сигнал, который может быть обнаружен гамма-камерой или сканером позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Методы неядерной молекулярной визуализации, включая оптическую визуализацию и прицельный ультразвук, используют нерадиоактивные зонды, такие как свет или звук. МР-спектроскопия использует различия в магнетизме для измерения уровня химических веществ в организме без использования зонда.

ПЭТ-визуализация

ПЭТ-визуализация с использованием радиофармпрепарата ФДГ является одним из наиболее важных инструментов диагностической визуализации, когда-либо разработанных. Большинство ПЭТ-исследований сегодня сочетаются с исследованиями компьютерной томографии (КТ), чтобы лучше определить области аномальной клеточной активности.

ФДГ представляет собой соединение, подобное глюкозе или сахару, которое накапливается в областях тела, наиболее метаболически активных (использующих глюкозу с высокой скоростью). После того, как ФДГ вводится в кровоток пациента и накапливается в течение короткого времени, ПЭТ-сканер создает изображения, показывающие распределение радиофармпрепарата по всему телу, что помогает определить наличие аномалий. Например, высокоактивные раковые клетки.
демонстрируют более высокие уровни или «поглощение» ФДГ, тогда как клетки головного мозга, пораженные деменцией, потребляют меньшее количество глюкозы и демонстрируют более низкое поглощение ФДГ.

В дополнение к ФДГ доступны другие радиофармпрепараты ПЭТ для визуализации широкого спектра раковых и доброкачественных процессов.

ОФЭКТ изображения

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) — очень важная и распространенная процедура визуализации, которая также включает введение радиоактивного индикатора в кровоток пациента, где он накапливается в органе-мишени или прикрепляется к определенным клеткам.Затем гамма-камера вращается вокруг пациента, собирая данные для создания трехмерных изображений распределения радиофармпрепарата, которые раскрывают информацию о кровотоке и функции органов. Многие исследования SPECT сочетаются с исследованиями CT.

Использование ПЭТ и ОФЭКТ

ПЭТ является мощным инструментом для диагностики рака и определения тяжести и распространенности рака. ПЭТ-сканирование является одним из наиболее эффективных способов выявления рецидива заболевания.

ПЭТ также все чаще используется для быстрой оценки реакции пациента на лечение рака. В некоторых случаях с помощью ПЭТ можно определить эффективность терапии в течение нескольких дней, в то время как для оценки изменения размера опухоли с помощью КТ потребуются месяцы.

Исследователи надеются, что информация из исследований ПЭТ вскоре поможет врачам предсказать, какие пациенты будут реагировать на определенный химиотерапевтический препарат. Новые радиофармпрепараты также разрабатываются для выявления биологических состояний в организме (так называемых биомаркеров), которые сигнализируют о наличии рака, и для сбора важной информации об опухолях, которая поможет врачам выбрать наиболее эффективный план лечения.

Исследования ПЭТ и ОФЭКТ регулярно используются для выявления закупорки коронарных артерий, оценки повреждения мышц после сердечного приступа и определения того, адекватно ли сердце перекачивает кровь, особенно при стрессе. Новые радиофармпрепараты позволяют выявлять лиц с риском внезапной сердечной смерти или с признаками застойной сердечной недостаточности.

Как ПЭТ, так и ОФЭКТ очень полезны для выявления деменции, оценки продолжающегося снижения когнитивных функций и определения области мозга, вовлеченной в судорожные расстройства. Исследователи, использующие новые радиофармпрепараты ПЭТ, недавно добились крупного прорыва, обнаружив ранние изменения в мозге, связанные с болезнью Альцгеймера.

ПЭТ-сканирование с визуализирующими амилоидными агентами (такими как недавно одобренные агенты Amyvid®, Vizamyl® и Neuraceq®) позволяет выявить степень и расположение амилоидных бляшек в головном мозге, что может, в сочетании с клинической оценкой и другими диагностическими тестами, помочь в диагностике болезни Альцгеймера.

ОФЭКТ также помогает определить местонахождение и причину инсульта, а также области мозга, подверженные риску после инсульта. Ожидается, что недавно одобренный радиофармпрепарат для ОФЭКТ (называемый DaTscan®) поможет оценить причину тремора и дифференцировать эссенциальный тремор и паркинсонизм.

Исследователи, использующие ПЭТ и ОФЭКТ, получают новое представление о биологии психических заболеваний, наркомании и неврологических расстройств. Понимание того, как мозговые схемы изменяются у людей с мозговыми расстройствами, имеет решающее значение для разработки новых методов лечения и стратегий профилактики.

Сегодня оптическая визуализация и направленный молекулярный ультразвук в основном используются в исследовательских лабораториях. Тем не менее, несколько оптических технологий проходят первоначальные клинические испытания, и в ближайшем будущем пациентам могут быть доступны новые процедуры.

Оптическое изображение

Область оптической визуализации включает в себя множество технологий, которые используют свет для измерения функций и характеристик клеток. Ученые создают крошечные молекулы, такие как белки, которые естественным образом излучают свет, чтобы прикреплять их к определенным клеткам или химическим веществам внутри тела. Высокочувствительные оптические детекторы способны отслеживать движение и активность этих визуализирующих агентов и измерять, как ткань поглощает свет.

Важный инструмент для фундаментальных исследований, оптическая визуализация может помочь пациентам в будущем:
• выявление лимфомы и рака яичников, кожи и молочной железы
• мониторинг реакции пациента на терапию
• доставка лекарств непосредственно к раковым клеткам
• направляющая хирургия.

Целенаправленный молекулярный ультразвук

Традиционная ультразвуковая визуализация, в которой используются высокочастотные звуковые волны для получения изображений внутренней части тела, является стандартной процедурой визуализации, имеющей множество применений. В направленной молекулярной ультразвуковой визуализации микропузырьки — чрезвычайно маленькие полые структуры — или другие микроскопические частицы (называемые наночастицами) служат визуализирующим агентом. Ученые могут химически модифицировать микропузырьки для воздействия на определенные ткани в организме, где они производят сигналы, раскрывающие молекулярную информацию.

Целенаправленный молекулярный ультразвук может быть полезен для:
• диагностика рака молочной железы, яичников, головы и шеи и других видов рака
• измерение кровотока в сердце и других органах
• выявление ишемической болезни сердца и других аномалий кровеносных сосудов.

Инкапсулируя лекарство в микропузырьки, технология направленного молекулярного ультразвука также имеет потенциал в качестве средства адресной доставки лекарств.

Магнитно-резонансная спектроскопия

Магнитно-резонансная (МР) спектроскопия представляет собой разновидность обычной МРТ-изображения, которая предоставляет информацию о концентрации химических соединений, называемых метаболитами, внутри организма.

МР-спектроскопия помогает в диагностике и лечении рака и нарушений обмена веществ, особенно тех, которые поражают мозг. Исследователи также надеются, что МР-спектроскопия окажется полезной при обнаружении рецидивирующего рака, в качестве руководства для лучевой терапии и в различении злокачественных тканей от здоровых в груди и предстательной железе.

Терапия

Способность агентов ядерной и молекулярной визуализации нацеливаться на клетки предлагает отличные средства для проведения лечения. Фактически, одно из первых применений ядерной медицины — абляция радиоактивным йодом (I-131) — уже более полувека является весьма успешным методом лечения рака щитовидной железы и гипертиреоза. При таргетной радионуклидной терапии I-131 (TRT) радиоактивный йод вводится в организм и поглощается клетками щитовидной железы или раковыми клетками щитовидной железы, где он убивает их.

В настоящее время ЗТТ используется для лечения других форм рака и для облегчения боли у некоторых пациентов с раком костей. Лечение неходжкинской лимфомы радиоиммунотерапевтическими препаратами, такими как Зевалин®, является эффективной формой ЗТТ.

Исследователи также работают над внедрением химиотерапевтических препаратов в агенты визуализации, предназначенные для прикрепления только к раковым клеткам, чтобы уберечь близлежащие здоровые ткани от токсического воздействия препарата.

Ядерная медицина и молекулярная Безопасно для изображений?

Процедуры ядерной медицины и молекулярной визуализации неинвазивны и безопасны. В диагностических процедурах ядерной медицины используется небольшое количество радиоактивного материала, иногда примерно такое же количество радиации, которое человек получает за год нормальной жизни. В результате радиационный риск, связанный с такими процедурами, очень низок по сравнению с потенциальными преимуществами.

Специалисты в области ядерной медицины используют принцип ALARA (настолько низко, насколько это разумно достижимо) для тщательного выбора количества радиоактивного индикатора, которое обеспечит точный тест с наименьшим уровнем радиационного облучения пациента. Фактическая дозировка определяется массой тела пациента, причиной исследования и визуализируемой частью тела. Кроме того, постоянно появляются новые технологии визуализации, позволяющие снизить лучевую нагрузку на пациентов при сохранении диагностической точности теста.

Процедуры ядерной медицины проводятся более 50 лет у взрослых и более 40 лет у младенцев и детей всех возрастов без каких-либо известных побочных эффектов.

Покрываются ли страховкой процедуры ядерной медицины и молекулярной визуализации?

Medicare и частные страховые компании покрывают стоимость многих процедур ядерной медицины и молекулярной визуализации. Вам следует обратиться в свою страховую компанию за конкретной информацией о вашем плане.

Каково будущее ядерной и молекулярной визуализации?

Каждый день процедуры ядерной и молекулярной визуализации меняют жизнь пациентов, способствуя выявлению, диагностике, лечению и мониторингу заболеваний. С развитием новых технологий и агентов для визуализации, многие из которых в настоящее время проходят клинические испытания, ядерная медицина и молекулярная визуализация обещают продолжать улучшать уход за пациентами. Информацию о клинических испытаниях можно найти на сайтах www.clinicaltrials.gov и www.discovermi.org. На горизонте находятся следующие разработки:

Гибридная визуализация

Сочетание двух методов визуализации, называемых совместной регистрацией, комбинированной визуализацией или гибридной визуализацией, позволяет просматривать информацию из двух разных типов сканирования в одном наборе изображений. ПЭТ/КТ и ОФЭКТ/КТ, комбинация ПЭТ или ОФЭКТ и КТ, стали стандартными диагностическими инструментами, поскольку они позволяют получить подробную информацию как об анатомии, так и о функции органов и тканей.

Используются или разрабатываются новые формы гибридной визуализации, включая ПЭТ/МР, ПЭТ/ультразвук и различные оптические технологии, объединенные с традиционными методами визуализации.

Новые агенты молекулярной визуализации и наночастицы
В дополнение к новым агентам молекулярной визуализации, предназначенным для обнаружения специфических раковых процессов, исследователи работают над другими агентами, в том числе одним, способным идентифицировать бляшки высокого риска в артериях сердца, а также активируемыми лазером наночастицами, которые будут искать и уничтожать жировые отложения. наращивать.

Биомаркеры
Исследователи работают над использованием биомаркеров молекулярной визуализации — конкретных биохимических состояний в организме, которые можно выявить на изображениях, — которые помогут врачам адаптировать план лечения к отдельным людям и их заболеваниям и быстро оценить эффективность терапии. Ученые надеются, что в будущем эти биомаркеры также помогут выявлять болезни и выявлять пациентов из группы риска.

Повышенный метаболизм глюкозы — возможный предупредительный признак опухоли или другой аномальной клеточной функции — является примером биомаркера молекулярной визуализации, используемого в настоящее время врачами.

Индивидуальное лечение
Ядерная медицина и молекулярная визуализация находятся в авангарде тенденции к персонализированному лечению рака и сердечных заболеваний. При персонифицированном уходе лечение индивидуализируется на основе специфических биохимических маркеров, обнаруженных у пациента, и особенностей его или ее заболевания. Цель состоит в том, чтобы выявить пациентов для конкретных видов терапии и оптимизировать реакцию пациентов на лечение при минимизации побочных эффектов.