Pokroky ve vývoji PET radiofarmak pro pacienty v České republice

Overview

Východiska:
V Masarykově onkologickém ústavu v Brně (MOÚ) se za spolupráce projektu RECAMO s aplikační sférou v posledních letech intenzivně pracuje na klinických hodnoceních moderních PET radiofarmak vedoucích k jejich budoucímu zpřístupnění pro české lékaře a jejich pacienty. Na základě této spolupráce byla v uplynulých letech vyvinuta mimo jiné radiofarmaka [¹¹C]methionin či [¹⁸F]fluorocholin, látky s důležitým uplatněním v onkologické diagnostice pomocí PET. [¹¹C]methionin, značený izotopem uhlíku-11 s poločasem přeměny 20 min, je markerem proteosyntézy, sloužícím v drtivé většině k vizualizaci mozkových tumorů, zatímco [¹⁸F]fluorocholin, značený izotopem fluoru-18 s poločasem přeměny 109 min, je markerem syntézy buněčných membrán a proliferace, jehož největší využití spočívá v PET diagnostice karcinomu prostaty.

Cíl:
Pomocí výsledků získaných provedením klinických hodnocení PET radiofarmak ve spolupráci MOÚ a RECAMO s výrobcem radiofarmak na základě předem dohodnutých a schválených parametrů má být demonstrována účinnost a vhodnost těchto látek k onkologické PET diagnostice daných tumorů. V obou případech byla radiofarmaka hodnocena ve vztahu k jejich majoritnímu využití.

Závěr:
Výsledky získané v rámci těchto klinických hodnocení prokazují přínos a efektivitu obou látek v PET diagnostice příslušných nádorů. V podobě souhrnných zpráv z klinického hodnocení budou výsledky využity v aplikační sféře coby součást dokumentace potřebné k registraci daného radiofarmaka pro používání v České republice.

Klíčová slova:
pozitronová emisní tomografie – radiofarmaka – L-methyl-¹¹C-methionin – ¹⁸F-fluorocholin

Úvod

Pozitronová emisní tomografie (PET) je jednou z nejmodernějších metod molekulárního zobrazování, neinvazivní in vivo metodou umožňující lékařům studovat procesy v lidském těle prostřednictvím radioaktivně značených radiofarmak a velmi přesně tak diagnostikovat rozličné poruchy a neobvyklé úkazy. V kombinaci s výpočetní tomografií (CT) patří již přes 10 let k páteřním zobrazovacím metodám nejen onkologické diagnostiky. PET je nejen v onkologických aplikacích metodou s velmi výhodným poměrem ceny a efektivity, přispívá nejen ke stanovení nebo určení diagnóz, ale i ke stanovování vhodné terapie či odezvy na léčbu, a je tak důležitým faktorem pro koncept takzvané personalizované medicíny. Vyniká především na poli určování metabolické aktivity nádorů, zhodnocení proliferace, zhodnocení hypoxie tkáně, zejména nádorové, či posouzení hustoty receptorů exprimovaných v buňkách.

Hlavním využívaným PET radiofarmakem, jakýmsi tažným koněm metody, zůstává [¹⁸F]fluorodeoxyglukóza (FDG), metabolický marker, díky němuž je možno v těle identifikovat místa s nepřirozeně zvýšenou či naopak sníženou metabolickou aktivitou. FDG PET je v současnosti prakticky nenahraditelnou diagnostickou metodou pro detekci primárních tumorů a metastáz [1–4]. FDG nicméně trpí určitou nespecifičností – zvýšený příjem vykazují také např. místa s probíhajícím zánětlivým procesem, někdy je její příjem vyšší v hypoxických oblastech, některé orgány mají přirozeně vyšší příjem energie atd. Omezena je i její schopnost posoudit odezvu na léčbu – nemusí odlišit hojící se tkáň od viabilního proliferujícího nádoru. I to je důvodem, proč jsou vyvíjena specifičtější radiofarmaka, která širokospektrálnosti glukózy sice nedosahují, nicméně se hodí lépe pro některé specifičtější aplikace. Vhodnou volbou značené látky lze monitorovat prakticky jakýkoli z hlediska onkologického pacienta zajímavý děj v organizmu. Při vývoji nových radiofarmak je nicméně zapotřebí uvážit mnoho dílčích faktorů – vhodně zvolit radionuklid s ohledem na chemizmus látky, její farmakokinetiku, biologické chování, poločas interakce, ale také s ohledem na snadnost a výtěžek syntézy či dostupnost prekurzoru. Drti- vá většina využívaných radiofarmak je proto značena fluorem-18, nuklidem relativně snadno připravitelným a žijícím dostatečně dlouho, aby umožňoval transport hotového radiofarmaka na místo potřeby.

V roce 2007 bylo v areálu Masarykova onkologického ústavu (MOÚ) uvedeno do provozu druhé produkční PET Centrum ÚJV Řež, a. s. V souvislosti se spoluprací byl v roce 2009 publikován krátký přehledový článek o možnostech metody PET [5]. V následujících letech byly ve spolupráci s ÚJV Řež, a. s., odborníků z MOÚ a výzkumníků projektu RECAMO realizovány výzkumně vývojové projekty zaměřené na vývoj a zpřístupnění dalších PET radiofarmak lékařům oboru nukleární medicíny a zejména jejich pacientům. Produktem této spolupráce byla mimo jiné realizace klinických hodnocení radiofarmak [¹¹C]methionin, látky sloužící k vizualizaci mozkových tumorů, a [¹⁸F]fluorocholin, látky určené k diagnostice karcinomu prostaty.

[¹¹C]methionin

Radiofarmakum [¹¹C]methionin (chemickým názvem kyselina 2-amino-4-[¹¹C]metylsulfanylbutanová, resp. L-[S-metyl¹¹C]methionin) je příkladem radioaktivně značené aminokyseliny, která se v těle vyskytuje přirozeně. Většina aminokyselin je tumorovými buňkami přijímána skrze energeticky nezávislý  „L-type amino acid transporter“ systém A či Na⁺ dependentním systémem B0 [6]. Nádorové buňky mají většinou zvýšené nároky na příjem aminokyselin coby zdroje energie a stavebního materiálu pro nové proteiny. Bylo doloženo, že u nich dochází ke zvýšené expresi příslušných transportních systémů [7]. Díky tomu, že se po chemické stránce methionin značený ¹¹C nijak neliší od svého neznačeného analogu, má radiofarmakum totožné chování jako přirozená aminokyselina. V literatuře bylo popsáno využití tohoto radiofarmaka pro detekci mozkových tumorů [8], jejich gradingu [9–11], odhadu prognózy [12–14], vyhodnocení reakce na léčbu [15–18] a pro rozlišování mezi relapsem tumoru a radiační nekrózou [19,20], a to i v porovnání s jinými PET radiofarmaky [21,22].

[¹¹C]methionin je značen uhlíkem-11, tedy radionuklidem s poločasem rozpadu 20 min. Využití tohoto izotopu ke značení je tudíž striktně vázáno na centra, která zahrnují výrobní i zobrazovací zařízení v minimální vzdálenosti od sebe. Praktická transportovatelnost takového radiofarmaka je v řádu jednotek kilometrů, tedy pouze v rámci jednoho města. Realizace klinického hodnocení této látky v letech 2011–2014 tak byla umožněna blízkou spoluprací MOÚ se společností ÚJV Řež, a. s., která látku pro klinické hodnocení vyráběla ve svých laboratořích.

Syntéza a kontrola jakosti radiofarmaka

Nuklid [¹¹C] byl připraven na cyklotronu PET Centra Brno ÚJV Řež, a. s., ozařováním plynné směsi kyslíku a dusíku. Reakcí ¹⁴N (p, α) ¹¹C se v plynné fázi vytvořila směs oxidů uhlíku obsahujících [¹¹C]. Obsah terče byl následně veden do syntézního zařízení Tracerlab FXC firmy GE Healthcare osazeného ve stíněném boxu (obr. 1). V dalším kroku byla směs oxidů redukována na niklovém katalyzátoru na uhlovodík metan. Za vysoké teploty a přítomnosti jodu bylo vyrobeno metylační činidlo – metyljodid ([¹¹C]H₃I). Toto bylo vedeno do samotného reaktoru, kde bylo rozpuštěno v acetonu. Takto rozpuštěný metyljodid dále reagoval v bazickém prostředí (vodný roztok NaOH) s prekurzorem léčivé látky, L-homocysteintiolaktonem. Po reakci byl odpařen aceton, reakční směs neutralizována HCl a injektována na semipreparativní HPLC (vysokoúčinná kapalinová chromatografie) kolonu vestavěnou v syntézním zařízení. Elucí vodným roztokem NaCl byl následně z reakční směsi jímáním příslušného chromatografického peaku získán roztok [¹¹C]methioninu. V souladu s požadavky Státního ústavu pro kontrolu léčiv (SÚKL) byla provedena analýza jakosti radiofarmaka – kontrola vzhledu, kontrola totožnosti (gamma spektrometrie, kapalinová chromatografie), radiochemická čistota (kapalinová chromatografie), chemická čistota (kapalinová chromatografie), enantiomerní čistota (kapalinová chromatografie), radionuklidová čistota (gamma spektrometrie), objemová aktivita, kontrola pH a po potvrzení vyhovujících parametrů byla látka předána na Oddělení nukleární medicíny, MOÚ.

Organizace vyšetření

Všechna [¹¹C]methionin-PET vyšetření byla prováděna u pacientů s recidivou mozkového nádoru na hybridním PET/CT skeneru PET/CT Biograph 64 (Siemens, Erlangen, Německo). Aplikovaná aktivita byla pro první skupinu pacientů připravována v cílové dávce 500 MBq, v druhé pak 350 MBq. Snímání v rozsahu mozku bylo prováděno v 5., 20. a 35. min. Vyhodnocování studií probíhalo na konzolích Syngo MultiModality WorkPlace (Siemens). CT bylo snímáno jen v režimu low-dose CT, k upřesnění anatomické orientace byla využívána „off-line“ fúze s MRI mozku.

Vzhledem k tomu, že [¹¹C]methionin není registrovaným diagnostickým léčivým přípravkem, probíhaly veškeré úkony spojené s aplikací a hodnocením v rámci akademicky iniciované klinické studie schválené SÚKL (EudraCT Number 2011-004877-10). Zadavatelem klinické studie byl MOÚ a aplikace hodnoceného radiofarmaka probíhala na Oddělení nukleární medicíny, MOÚ. Do klinické studie byli zařazováni pacienti s primárními high-grade gliomy nebo extrakraniálně uloženými nádory se sekundárním postižením mozku, a to vždy po potvrzení MRI vyšetřením. Primárním cílem studie bylo prokázání akumulace radiofarmaka podaného v dávce 500 MBq, případně 350 MBq a jejich srovnání, sekundárním cílem studie bylo hodnocení bezpečnosti aplikovaného radiofarmaka. Celkově bylo do klinického hodnocení zařazeno 18 pacientů, výsledně hodnotitelných bylo 16 pacientů.

Výsledky

Výsledky provedeného klinického hodnocení potvrdily očekávané schopnosti radiofarmaka [¹¹C]methionin v diagnostice high-grade gliomů mozku pomocí PET vyšetření kombinovaného s CT či MRI obrazy vyšetřované oblasti (obr. 2). K dostatečnému zobrazení nádorové tkáně dostačovala intravenózní aplikace 350 MBq radiofarmaka (max. 500 MBq) v době aplikace. Radiofarmakum [¹¹C]methionin je možné použít i k diagnostice jiných primárních mozkových nádorů nebo sekundárních nádorových procesů v mozku, pokud jiná vyšetření nevedou k jednoznačným výsledkům.

[¹⁸F]fluorocholin

[¹⁸F]fluorocholin (chemickým názvem [¹⁸F]fluorometyl-dimetyl-2-hydroxyetylammonium; resp. [¹⁸F]fluorometylcholin) je typickým příkladem specializovaného radiofarmaka značeného fluorem-18. Karcinom prostaty v posledních letech rapidně nabývá na významu – s prodlužující se očekávanou dobou dožití narůstá množství mužů, již touto chorobou trpí. V posledních 20 letech došlo v ČR ke zvýšení incidence tohoto typu nádoru přibližně o 70 % a vzhledem k současnému prodlužování očekávané doby dožití lze očekávat, že počet pacientů s touto diagnózou bude do budoucna i nadále narůstat. Pravděpodobnost výskytu karcinomu prostaty u pacienta prudce stoupá s věkem – hlavní skupinu pacientů reprezentují muži od 70 do 80 let věku (až 80 %) a v případě dožití se 90 a více let je pravděpodobnost onemocnění karcinomem prostaty pro muže prakticky 100 %. Onemocnění se může ale objevit i u mužů mladšího věku, pravidelný screening hraje proto nezastupitelnou úlohu pro časný záchyt tohoto onemocnění. Ročně je diagnostikováno různými metodami kolem 7 000 nových případů. Nicméně primární PET radiofarmakum, FDG, není pro účely vyšetření prostaty pomocí PET vhodné [23,24]. Faktorů je několik – malá velikost cílového orgánu, většinou nízká metabolická aktivita buněk karcinomu prostaty, značná variabilita v míře akumulace FDG u jednotlivých pacientů s karcinomem prostaty a zejména bezprostřední blízkost orgánu s výrazným fyziologickým příjmem radiofarmaka, močového měchýře. [¹⁸F]fluorocholin však tyto nedostatky eliminuje.

Fluorocholin je fluorem značeným analogem cholinu, základního stavebního kamene fosfolipidických membrán. Cholin je prekurzorem pro biosyntézu fosfolipidů a do buňky proniká skrze cholinové transportéry. Takzvanou Kennedyho dráhou je z něj posléze syntetizován fosfatidylcholin [25]. Krokem limitujícím rychlost této dráhy je hned krok první, kdy je pomocí cholin kinázy katalyzována fosforylace cholinu na fosfocholin [26]. V buňkách karcinomu prostaty je cholin kináza zvýšeně exprimována. DeGrado et al v roce 2001 doložili, že ¹⁸F značený fluorocholin je in vitro fosforylován cholin kinázou, stejně jako jeho neznačený analog [27]. To zavdalo podnět k využití fluorocholinu jako zobrazovacího PET agens pro karcinom prostaty [28–33]. Specifické vlastnosti fluorocholinu ale motivují výzkumníky i k využití u jiných typů nádorů, např. hepatocelulárního karcinomu či nádorů příštítných tělísek [34–35].

Syntéza a kontrola jakosti radiofarmaka

Nuklid ¹⁸F byl připraven na pracovišti PET Centra Brno ozařováním tzv. obohacené vody, H₂[¹⁸O], vody obohacené o izotop kyslíku-18. Ostřelováním protonovým paprskem se část kyslíku-18 přeměnila jadernou reakcí ¹⁸O (p,n) ¹⁸F na fluor-18, izotop s poločasem přeměny 109 min. Vodný roztok fluoridových  [¹⁸F] iontů byl veden do syntézního zařízení IBA Synthera využívajícího technologie takzvaných integrovaných fluidních procesorů (IFP), de fakto jednorázových chemických aparatur (obr. 3). V prvním kroku byly z roztoku na separační kolonce izolovány samotné ionty [¹⁸F]^–. V první fázi syntézy byl pak na destilačním IFP fluorací dibrommetanu připraven vysoce těkavý [¹⁸F]fluorobrommetan. Tato látka byla izolována destilací, přečištěna a vedena k druhému, tzv. alkylačnímu IFP. Zde probíhala přímo na koloně alkylační reakce [¹⁸F]fluorobrommetanu s dimetylaminoetanolem za vzniku [¹⁸F]fluoro (metyl) cholinu. Po dalším přečištění od vedlejších produktů a zbylých reaktantů byla finální léčivá látka eluována fyziologickým roztokem.

V souladu s požadavky SÚKL byla provedena analýza jakosti radiofarmaka – kontrola vzhledu, kontrola totožnosti (gamma spektrometrie, iontová chromatografie), radiochemická čistota (iontová chromatografie, tenkovrstvá chromatografie), chemická čistota (iontová chromatografie, tenkovrstvá chromatografie), radionuklidová čistota (gamma spektrometrie), objemová aktivita, hodnota pH a po potvrzení vyhovujících parametrů byla látka předána na Oddělení nukleární medicíny, MOÚ.

Vyšetření a organizace klinické studie

Všechna [¹⁸F]fluorocholin-PET vyšetření byla prováděna u pacientů s histologicky prokázaným karcinomem prostaty na hybridním PET/CT skeneru PET/CT Biograph 64 (Siemens, Erlangen, Německo), a to v rámci akademicky iniciované klinické studie schválené SÚKL (EudraCT Number 2014-005345-50). Zadavatelem klinické studie je MOÚ, standardní monitoring a farmakovigilance je prováděna ve spolupráci s infrastrukturou pro klinická hodnocení CZECRIN. Do klinické studie jsou zařazování pacienti s lokalizovaným nebo lokálně pokročilým karcinomem prostaty s vysokým rizikem, a to před zvažovanou kurativní léčbou, nebo pacienti s diseminovaným onemocněním k posouzení rozsahu postižení. Všichni pacienti zařazení do klinického hodnocení souhlasili s účastí ve studii podepsáním informovaného souhlasu schváleného Etickou komisí MOÚ. Primárním cílem klinického hodnocení je prokázání akumulace radiofarmaka v nádorové tkáni karcinomu prostaty, sekundárními cíli studie pak hodnocení bezpečnosti a srovnání akumulace radiofarmaka v časových intervalech 10 a 60 min po aplikaci. Aplikovaná aktivita byla připravována v cílové dávce 4 MBq/kg. Snímání v rozsahu od kolen k loktům vzpažených horních končetin vč. hlavy bylo prováděno v 10. a 60. min po aplikaci radiofarmaka. Vyhodnocování studií probíhalo na konzolích Syngo MultiModality WorkPlace (Siemens). CT bylo snímáno jen v režimu low-dose CT, k upřesnění anatomické orientace byla využívána „off-line“ fúze s MRI mozku.

Výsledky

Klinické hodnocení a aplikace hodnoceného radiofarmaka v rámci klinické studie je v současné době prováděno na Oddělení nukleární medicíny, MOÚ. K 31. 5. 2016 bylo do studie zařazeno celkově 26 pacientů z celkově plánovaného počtu 30–35 hodnotitelných pacientů. Z průběžných výsledků (obr. 4) lze říct, že u zařazených pacientů došlo k zobrazení nádorové tkáně jak v primárních karcinomech prostaty, tak i v ložiscích recidiv v lůžku po prostatektomii či uzlinových i kostních metastázách. Vyšetření nebyla provázena žádnými závažnými nežádoucími účinky testovaného radiofarmaka a byla pacienty dobře tolerována. Výsledky klinického hodnocení s vyhodnocením primárních i sekundárních cílů studie bude provedeno do konce roku 2016.

Závěr

Společné úsilí RECAMO, MOÚ, a výrobce PET radiofarmak ÚJV Řež, a. s., vedlo v uplynulých letech k přípravě a realizaci dvou klinických hodnocení PET radiofarmak pro diagnostiku mozkových tumorů ([¹¹C]methionin) a karcinomu prostaty ([¹⁸F]fluorocholin). Výsledky získané v rámci těchto klinických hodnocení prokazují přínos a efektivitu obou látek v PET diagnostice příslušných nádorů. V podobě souhrnných zpráv z klinického hodnocení budou výsledky využity v aplikační sféře coby součást dokumentace potřebné k registraci daného radiofarmaka pro používání v ČR.

Práce byla podpořena projektem MŠMT – NPU I – LO1413.

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

Ing. et Ing. Jan Adam, Ph.D.

Regionální centrum aplikované molekulární onkologie

Masarykův onkologický ústav

Žlutý kopec 7

656 53 Brno

e-mail: adam@mou.cz

Obdrženo: 10. 6. 2016

Přijato: 17. 6. 2016