Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
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BASE DI PARTENZA SCIENTIFICA

L'uso di radiofarmaci, tra le molteplici applicazioni delle radiazioni, trova completa giustificazione in campo medico. I radiofarmaci sono sostanze chimiche che, in quanto farmaci, hanno la proprietà di interagire specificatamente con il sistema biologico e che, contenendo nella loro struttura un atomo di un nuclide radioattivo emittente gamma (radiazione scarsamente assorbita dai tessuti biologici), consentono di seguirne il percorso biologico per mezzo di idonei rivelatori esterni. È così possibile costruire una serie di immagini, raccolte in tempi successivi, che individua la distribuzione del radiofarmaco nel corpo e ne evidenzia il progredire del metabolismo. In questo modo è possibile avere indicazioni, non solo morfologiche di organi e apparati, ma soprattutto informazioni sulla loro funzionalità.
L'informazione clinica che si ottiene dall'analisi delle immagini scintigrafiche, dipende sostanzialmente dalle proprietà biologiche che il radiofarmaco possiede una volta iniettato in vivo. Se il radiofarmaco ha inoltre la proprietà di fissarsi specificamente in cellule tumorali, esso può diventare anche radioterapeutico. Basta infatti utilizzare nella "marcatura" un radionuclide che emetta radiazioni adatte alla distruzione delle cellule tumorali (radiazioni corpuscolari a corto range nella materia biologica) perché il radiofarmaco affine ad esse, iniettato in vivo, trasporti l'agente terapeutico specificamente nella zona di azione.

L'effetto genotossico del 188Re è stato scarsamente studiato.
Di particolare interesse per il suo studio in vivo è la sua peculiare caratteristica di emettitore beta-gamma:

Produzione e proprietà nucleari di 186Re e 188Re

Se legato a specifici anticorpi o altre sostanze ad attività recettoriale, esso può consentire sia il trattamento in loco di masse tumorali che studi di biodistribuzione. In base alla localizzazione del radiofarmaco mediante imaging in vivo, sarà possibile inoltre studiare il danno genotossico in particolari distretti corporei, come per esempio quello emopoietico.
Sotto il profilo tecnologico, l'imaging ottenuto con l'impiego del 188Re ha caratteristiche simili a quello fornito dal 99mTc, essendo le energie dei gamma emessi molto vicine e le loro proprietà chimiche molto simili.

 

OBIETTIVI DELL'ESPERIMENTO

1. OBIETTIVO STRUMENTALE

È stata duplicata, con tecnologie attuali, la YAP-camera realizzata nel 1993 nell'ambito della collaborazione HIRESPET dalla Sezione di Roma dell'INFN.

Apparecchiatura elettronica
Yap-camera

Essa è composta da un fototubo flat-panel Pmt della Hamamatsu, da un collimatore in piombo a fori paralleli, da una matrice di cristalli scintillanti di YAP, da un fotomoltiplicatore sensibile alla posizione, da un'unità elettronica e da un PC dedicato, per il controllo via seriale delle impostazioni del fotomoltiplicatore, delle finestre energetiche e l'acquisizione statistica delle immagini. Il collimatore è in piombo, di forma quadrata, con lato di 40 mm; ha uno spessore di 20 mm, con fori paralleli di 0.5 mm di diametro, separati da setti di 0.15 mm. La matrice di rivelazione è formata da un mosaico di 66x66 cristalli YAP; ogni cristallo misura 600x600 micrometri, con spessore di 10 mm, ed è rivestito lateralmente da uno strato di isolante ottico di soli 5 micrometri.

Il rivelatore duplicato e quello esistente saranno montati a 90°, in modo da ottenere l'acquisizione di due immagini planari, frontale e laterale. Questa geometria consente di rappresentare uno stesso organo da due punti di vista permettendo, ove possibile, di separare organi che in una sola proiezione risultino sovrapposti, migliorando così il rapporto segnale/rumore nella determinazione quantitativa della concentrazione del radioisotopo.

2. OBIETTIVO RADIOFARMACOLOGICO

Verrà studiato il metodo di marcatura adatto per la fissazione di 188Re a molecole ad attività recettoriale specifica per recettori espressi da cellule tumorali. L'interesse sarà rivolto in particolare al polisaccaride acido ialuronico (HA). Tale sostanza ha evidenziato proprietà biospecifiche che le consentono di legarsi in maniera sufficientemente stabile ai tumori solidi.
Verranno individuati i tumori con maggiore fissazione del radiofarmaco per poter poi utilizzare i prodotti marcati ottenuti per gli studi radiobiologici.
In collaborazione con l'ENEA di Bologna, verrà inoltre fatto uno studio di fattibilità per evidenziare possibili radioisotopi alfa/gamma-emittenti da utilizzare al posto degli attuali beta/gamma-emittenti nell'uso radioterapeutico.

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3. OBIETTIVO RADIOBIOLOGICO

Verranno preparati radiofarmaci marcati con 188Re, con fissazione specifica sulle cellule tumorali (internalizzazione).

Saranno somministrati a topi o ratti, con o senza tumore, e ne verrà determinata la biodistribuzione in vivo per mezzo della YAP-camera. Il monitoraggio sarà effettuato nelle regioni di interesse (organi bersaglio, ad esempio regioni tumorali, fegato, etc.) e/o altri organi di fissazione
specifica (es. reni, milza, midollo osseo, etc.) per il 99mTc fino ad un 1 giorno dall'iniezione, per il 188Re fino a 3-4 giorni dall'iniezione. Gli studi di biodistribuzione in vivo avranno lo scopo di determinare la dose di radiazione assorbita dall'organo investigato e quindi di consentire di definire precisamente la relazione danno/dose. Renderanno inoltre possibile differenziare il danno sulle cellule tumorali da quello sulle cellule sane di organi specifici.
Imaging con YAP-camera dopo 7-10 giorni

Al termine del monitoraggio, gli animali saranno sacrificati ed utilizzati per lo studio vero e proprio degli effetti biologici delle radiazioni sugli organi precedentemente indagati.

Gli organi di interesse saranno processati per l'immunocolorazione con anticorpi diretti contro proteine che giocano un ruolo nella risposta biologica al danno da radiazioni, quali l'oncosoppressore p53, noto per essere indotto efficacemente da rotture al DNA.
Colorazione in immunofluorescenza per i recettori dell'acido ialuronico

Inoltre il test del micronucleo, una metodologia largamente validata nello studio del potenziale clastogeno, sarà effettuato in cellule di sangue periferico e in cellule prelevate dal midollo osseo e da splenociti di topi trattati con appropriate dosi di radiofarmaci. Il danno genotossico sarà analizzato con attenzione in organi del compartimento emopoietico poiché è nota la proprietà leucomogena delle radiazioni.
Un ulteriore aspetto di interesse associato al trattamento in vivo dell'animale da laboratorio, congiuntamente alle tecniche di imaging, è rappresentato dalla possibilità di studiare il "bystander effect", ovvero la risposta biologica alle radiazioni in cellule non colpite direttamente, di cui negli ultimi anni si stanno accumulando interessanti dati .

 

FASI DEL PROGETTO

FASE A
  • Avvio dello sviluppo della seconda YAP Camera.
  • Sintesi di radiofarmaci a base di peptidi biospecifici marcati con 99mTc e loro controllo di qualità.
  • Trattamento di topi con i suddetti radiofarmaci per l'impiego con tecniche di imaging.
  • Studio delle biodistribuzioni nei vari distretti corporei, evidenziando gli organi dove il radiofarmaco si concentra maggiormente. In base a tali informazioni verranno selezionati organi bersaglio su cui applicare i test biologici proposti.
FASE B
  • Completamento della seconda YAP Camera e relativa elettronica.
  • Valutazione teorica della dose impartita ai vari organi mediante modelli e tecniche montecarlo.
  • Messa a punto delle tecniche di imaging con radiofarmaci marcati con 188Re analoghi ai corrispondenti con 99mTc.
FASE C
  • Set up del rivelatore a doppia YAP Camera e sua caratterizzazione.
  • Sintesi di polisaccaridi marcati con 188Re per la fissazione specifica su tumori inoculati in topi o ratti.
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