Radiofarmaka pro zobrazování gliomů pomocí pozitronové emisní tomografie

Overview

Gliomy zařazujeme mezi primární nádory mozkové tkáně, vznikající z gliových buněk. Základně se dělí na obvykle benigní low grade a maligní high grade tumory. Zobrazovací metodou volby je magnetická rezonance, kterou lze doplnit PET/CT, a histologický rozbor odebraného vzorku tkáně. Tato práce přináší přehled PET radiofarmak pro zobrazování gliomů rozdělený do tří skupin dle mechanismu akumulace, kterým je buď změněný metabolismus nádoru, hypoxie nádoru nebo overexprese určitých receptorů.

Klíčová slova:
PET, gliomy, radiofarmaka

Gliomy

Gliomy je souhrnný název nejběžnějších primárních nádorů mozku, vznikajících z gliových buněk. Pro jednotlivé typy je charakteristická jejich lokalizace, věk pacientů, morfologie, pravděpodobnost progrese a stupeň malignity, který se v rámci jednoho nádoru často liší; pro celkové zařazení je pak rozhodující nejmalignější vzorek.

Typickými příznaky jsou neurologické poruchy (parestezie či různé ložiskové příznaky), syndrom nitrolební hypertenze a epileptické záchvaty.

Dle typu postižených buněk pak základně rozlišujeme astrocytomy, oligodendrogliomy a ependymomy, běžnější je však dělení dle WHO na low grade (I. a II. stupeň; nejčastěji astrocytomy), které bývají benigní a vyskytují se u mladších pacientů, a vysoce maligní high grade (III. a IV. stupeň), kam typicky patří anaplastický astrocytom a glioblastom.

V současnosti léčebné modality zahrnují kombinaci chirurgického zákroku s radioterapií, případně chemoterapií (temozolomid). Diagnostickou metodou volby je magnetická rezonance (MR), případně výpočetní tomografie (CT) a pozitronová emisní tomografie (PET) doplněné o histologický rozbor bioptického vzorku. ¹

PET radiofarmaka

PET ukazuje in vivo aktuální míru metabolismu, hustotu a obsazení receptorů, aktivitu transportérů a činnost signálních drah. MR nebo CT zpravidla nerozliší, je-li zobrazená léze nádorová, zánětlivá, nekrotická, edematická či fibrozní; je tedy vhodná kombinace funkčního (PET) a morfologického zobrazení (CT nebo MR). Konkrétně v onkologii tak PET/CT přispívá ke stagingu onemocnění, predikci prognózy, monitorování odpovědi na léčbu či plánování radioterapie.

Metabolizmus glukózy

Zlatým standardem pro PET je FDG, ¹⁸F-fluoro-2-deoxy-2-D-glukóza. Chová se obdobně jako neznačená glukóza (Glc); vstupuje do buněk, kde je fosforylována, avšak zatímco Glc-6-fosfát je za postupného uvolňování energie dále metabolizován a vstupuje do Krebsova cyklu, FDG-6-fosfát zůstává v buňce nezměněn. Glc-6-fosfatáza je v nádorových buňkách přítomna v malém množství, zpětné uvolnění defosforylované FDG z buňky je tedy prakticky zanedbatelné, s výjimkou jater, kde je tento enzym v dostatečném množství. ² Glc transportér GLUT-1 (příp. GLUT-4) přenáší FDG stejně jako Glc a umožňuje tak akumulaci FDG, zejména v buňkách se zvýšenými energetickými požadavky. FDG posléze podléhá částečně metabolismu na FDG-6-fosfoglukonát a fluorodeoxymannosu-6-fosfát a vylučuje se ledvinami. ³ FDG je používána pro posouzení změn v Glc metabolizmu nejen v mozku, ale v jakékoli tkáni při nádorových, infekčních, zánětlivých, autoimunitních onemocněních.

Komplikací je určitá nespecifita vyšetření. V případě mozku zdravá šedá hmota mozková rovněž vykazuje vysoký metabolický obrat Glc; může tak dojít k maskování high grade tumoru. Low grade tumory na druhou stranu „svítí“ podobně jako bílá hmota mozková, mohou tedy zůstat skryty. Především tumory nacházející se v blízkosti šedé hmoty nebo ty s hypo- či izometabolizmem vůči mozkové kůře jsou za použití FDG špatně detekovatelné. Pro stereotaktickou biopsii je sice FDG použitelná, ale radionuklidy značené aminokyseliny poskytly citlivější signál. ⁴ Na druhou stranu je FDG vhodná pro staging; poměr nádor/zdravá tkáň (ať už bílá hmota nebo kortex) dobře rozliší mezi low a high grade lézí. ⁵ Akumulace FDG u poradiační nekrózy je výrazně snížena, kdežto u rekurentního onemocnění je vyšší než ve zdravé tkáni.

V onkologii je problematické i zobrazování po chemo/radioterapii, které způsobují v tkáni zánět zkreslující akumulaci FDG. S odstupem, ideálně srovnáním více skenů, je však možné poměrně přesné určení prognózy onemocnění a akumulace FDG dobře koreluje s prognózou. FDG zcela bez omezení prochází hematoencefalickou bariérou (HeB) – v glioblastomech byla naakumulována dokonce více než v meningiomech. ⁶

Poměrně běžná léčba kortikoidy může způsobit snížení vychytávání FDG. ⁷ Samozřejmostí je kontrola glykémie pacientů. Při zobrazování mozku je vhodné zohlednit i případnou léčbu ovlivňující Glc obrat v něm – valproát, karbamazepin, fenytoin apd.

Metabolizmus aminokyselin

Nádory vykazují i zvýšený metabolizmus bílkovin, které utilizují jako zdroj energie, pro stavbu bílkovin a dělení buněk. Vyžadují tak i zvýšený transport aminokyselin (AMK), čímž se odlišují od zdravé okolní tkáně. Ischemické či zánětlivé léze, dysplasie, hematomy a posttraumatické jizvy zpravidla zvýšený transport AMK nevykazují, radiofarmaka odvozená od AMK zde lze tedy, na rozdíl od FDG, s dobrým výsledkem použít. ⁸ Stejně tak AMK dobře odliší poradiační změny od rekurentního gliomu. ⁹

Radioaktivně značené AMK se rychle akumulují v mozkových buňkách a jejich distribuce do CNS nezávisí na poškození HeB. Nicméně u nich byla pozorována vyšší akumulace v meningiomech než v glioblastomu; HeB zde tedy je do určité míry limitujícím faktorem (na rozdíl od FDG). ⁶

Většina z nich se do buněk dostává pomocí energeticky nezávislých L-aminokyselinových transportérů (kotransport)nebo pomocí sodíkového transportního systému. ¹¹C-methionin (MET) a ¹⁸F-fluorotyrosin se, na rozdíl od ¹⁸F-fluoroethyltyrosinu (FET) zabudovávají i do vznikajících proteinů. ¹⁰

V nádorových buňkách nacházíme overexpresi aminokyselinových transportérů a to nezávisle na fázi buněčného cyklu nebo cévní permeabilitě.

Aby se minimalizovaly inter- i intrainduviduální rozdíly v akumulaci AMK, doporučuje se vyšetření na lačno; redukují se tak rozdíly v množství cirkulujících AMK.

Zobrazování pomocí AMK obecně není vhodné pro staging, ačkoliv za použití dynamického sledování kinetiky se ukázalo, že u low grade a benigních lézí křivka vychytávání radiofarmaka postupně narůstá, kdežto high grade nádory mají počáteční vysoký pík, který pak postupně klesá. ¹¹ Postupně se ukazuje, že prognostický význam AMK nabývá na významu, korelace jejich vychytávání gliomem s prognózou byla potvrzena řadou studií. ¹²

¹¹C-MET

L-methyl-[¹¹C]-methionin je pravděpodobně nejprozkoumanější z AMK používaných v nukleární medicíně. V onkologii je používán pro zobrazování nádorů mozku, hlavy a krku, plic, prsu a lymfomů. Částečně se in vitro zabudovává nejen do proteinů, ale i do DNA, RNA a lipidů. ¹³ Jeho vychytávání koreluje s buněčnou proliferací a hustotou mikrocév; ve zdravé mozkové tkáni se však téměř neakumuluje. Koncentrace v nádorové mozkové tkáni byla konstantní 15 až 60 minut po aplikaci. ¹⁴ Aplikuje se 560–930 MBq i.v.

MET není zcela selektivní pro gliomy a jeho mírně zvýšená akumulace může znamenat i infarkt, hematom nebo zánět. MET se tak nehodí pro odlišení poradiační nekrózy od rekurentního nádoru. ¹⁵ Retrospektivní studie na 89 pacientech s low grade gliomy potvrdila MET-PET jako nástroj pro určení přežití u diagnóz astrocytom a oligodendrogliom^.16 MET nebyl použitelný pro určení přesné histologické klasifikace nádoru, ale je dobrým nástrojem pro rozlišení low a high grade gliomů, navíc jeho vychytávání korelovalo s délkou celkového přežití. ¹⁷ Pokles nebo stabilní vychytávání MET gliomem korelovalo ve více studiích s delší dobou do progrese onemocnění. ⁹

Byla pozorována vzájemná korelace mezi akumulací MET a mírou angiogeneze (hustotou mikrocév) i perfuze v gliomu, což naznačuje potenciální využití MET jako prediktivního faktoru odpovědi nádoru na antiangiogenní léčbu. ¹⁷

MET je přesný ve vymezení nádoru; v ohraničení low grade gliomů byl lepší než FDG a obecně byl citlivější v detekci především low grade gliomů, které téměř neakumulovaly FDG. ¹³

Mimo mozkovou tkáň je MET velmi přesný a spolehlivý pro lokalizaci parathyroidních adenomů. ¹⁸

Zásadním omezením MET je krátký poločas ¹¹C, který prakticky znemožňuje jeho použití mimo centra s cyklotronem.

¹⁸F-FET

Fluoroethyltyrosin, přesněji O-(2-[¹⁸F]fluoroethyl)-L-tyrosin, se dobře vychytává v nádorových buňkách mozku, naopak v nenádorové zánětlivé tkáni téměř vůbec, což zvyšuje specifitu vyšetření oproti FDG i MET. Na rozdíl od jiných tyrosinových derivátů nebyl FET detekován v extrakraniálních tumorech s výjimkou karcinomu skvamozních buněk. ¹⁹ Zvýšená akumulace FET koreluje s vyšší mírou proliferace, vyšší hustotou nádorových buněk a vyšší mikrovaskulární hustotou. ²⁰

FET se nezúčastňuje buněčných pochodů (např. syntézy katecholaminů, na rozdíl od svého prekursoru L-tyrosinu), stejně tak zřejmě není metabolizován tyrosinhydroxylázou. Vylučuje se ledvinami. Po 120 minutách bylo v plazmě naměřeno 87 % původní podané aktivity, což značí dobrou stabilitu a velmi nízkou míru metabolizmu. ²¹

Řada prací ukázala, že FET je vhodnější radiofarmakum pro zobrazování mozkových nádorů než FDG. Při srovnání FET a FDG u pacientů s podezřením na gliom odpovídala zvýšená akumulace FET v 86 % výsledkům histologie oproti 35 % u FDG. Obdobná čísla (76 % FET, 28 % FDG) poskytlo srovnání identifikace oblasti pro biopsii (lokální maximum). ²² Ve studii srovnávající FET, FLT a MR u pacientů s high grade gliomy se FET ukázal být z uvedených metod nejcitlivější na detekci s dobrou schopností vymezit hranice léze. ²⁰ V míře vychytávání tumorem a kontrastu zobrazení se FET velmi podobá MET. ²³

Při určování prognózy se dá řídit tím, že nízká akumulace FET v gliomu odkazuje na stabilní nádor, naopak při vysokých hodnotách SUV lze očekávat agresivní růst. ²¹ Jiná studie ukázala FET jako velmi vhodný pro odlišení poradiačních nekróz, jelikož (na rozdíl od FDG a cholinu) v těchto lézích téměř nebyl akumulován. ⁶ FET také se 100% přesností odlišil rekurentní nádor od benigních lézí způsobených léčbou. ²⁴

Byly provedeny i studie se značeným methylderivátem tyrosinu ¹²³I-IMT (L-3-[¹²³I]-jodo-α-methyltyrosin). Je rychle vychytáván mozkovými nádory, vykazuje kinetiku podobnou tyrosinu. V plasmě je metabolicky stabilní, z nádoru se pomalu vymývá. Dosud nezískal výraznější pozici v detekci tumorů.

Jeho fluorem značený derivát ¹⁸F-FMT vykazuje vlastnosti velmi podobné FET, více se akumuluje mimo mozkovou nádorovou tkáň (tuky, DNA/RNA a proteinové frakce u vzorků myší s kolorektálním karcinomem).

Rovněž byl studován samotný radioaktivně značený tyrosin L-1-¹¹C-tyrosin coby odraz míry proteosyntézy. Ačkoli pro určení míry růstu tumoru se ukázal být lepší než FDG, jeho nevýhodou je poměrně intenzivní metabolismus (50 % po hodině od aplikace) a krátký poločas rozpadu. ²⁵

¹⁸F-FDOPA

L-3,4-dihydroxy-6-[¹⁸F]-fluorofenylalanin je aminokyselina používaná především pro diagnostiku Parkinsonovy choroby. Dopamin vzniká přímo v nervových buňkách; L-tyrosin je nejdříve tyrosinhydroxylázou oxidován na dihydroxyfenylalanin (L-DOPA) a následně působením L-DOPA dekarboxylázy (AAAD) vzniká neurotransmiter dopamin.

FDOPA je v organismu transportována do presynaptických dopaminergních neuronů, kde kopíruje metabolizmus L-DOPA: je rovněž metabolizována AAAD na ¹⁸F-dopamin, který se akumuluje ve striatu a podléhá další přeměně (stejně jako neznačený dopamin) enzymem katechol-O-methyltransferázou (COMT), jehož produkty jsou uniformně distribuovány v celém mozku. AAAD i COMT se nachází i na periferii v játrech, ledvinách a plicích. AAAD lze inhibovat karbidopou a COMT entecaponem či tolcaponem – tyto látky zvyšují dostupnost FDOPA v mozku. Mechanizmus vychytávání FDOPA selektivně v mozkových nádorech nebyl zatím přesně vysvětlen. ²⁶ Pro onkologické diagnózy se zpravidla doporučuje aplikovat 4 MBq/kg i.v. ²⁷

Studie na 20 pacientech srovnávající FDOPA a MET ukázala prakticky stejné vychytávání v nádorech mozku pro obě radioPři hodnocení FDOPA pro zobrazování mozkových nádorů se ukázalo rychlé vychytání radiofarmaka v lézi (15 minut). Právě čas píku akumulace pomůže rozlišit mezi tumorem a striatálním vychytáváním (ve striatu chybí časný pík). Na celkem 81 pacientech FDOPA dobře zobrazovala low i high grade tumory, ačkoliv bez rozdílu v míře akumulace, což odpovídá obecným zkušenostem se zobrazováním gliomů aminokyselinami. Citlivost pro detekci nádorů, obzvlášť low grade lézí, byla i lepší než za použití FDG. FDOPA rovněž lépe než FDG rozlišila poradiační nekrózy od nádoru. Ačkoli hodnoty standardized uptake value (SUV) byly u FDOPA nižší než u FDG, kontrast nádor/zdravá tkáň byl výrazně vyšší, což je pro diagnostiku podstatné. ²⁶ K podobným výsledkům došlo více studií, některé uvádí i použitelnost radiofarmaka pro predikci progrese onemocnění. ⁹ Metabolit FDOPA 3-O-methyl-6-[¹⁸F]-fluoro-L-DOPA nenašel v zobrazovacích metodách praktické uplatnění.

Jiné metabolické pochody ¹⁸F-FLT

Analog pyrimidinových nukleotidů, 3‘-deoxy-3‘-[¹⁸F]fluorothymidin, je znám jako marker proliferace. Nekontrolovaná proliferace je typickým znakem nádorových buněk; její vyhodnocení je z hlediska diagnostiky důležité jak pro odlišení zdravé a nádorové tkáně, tak pro charakterizaci tumorů. Thymidin a jeho analoga se nezabudovávají do RNA, odráží pouze míru syntézy DNA. ¹¹C-thymidin byl použit pro sledování růstu nádoru in situ. Nevýhodou zde byl jednak krátký poločas ¹¹C, jednak velmi rychlý metabolizmus thymidinu v plazmě. Výsledný obraz byl pak „kontaminován“ metabolity, především ¹¹C-CO₂. ²⁹

Vychytávání FLT je podmíněno narušením HeB, což může být způsobeno invazivním tumorem nebo léčbou. ³⁰

V S-fázi buněčného cyklu (probíhá syntéza DNA) se ve zvýšené míře produkuje i thymidin-kinasa-1 (TK-1). Nádorové buňky mají zpravidla mnohem vyšší aktivitu TK-1 než buňky zdravé. TK-1 monofosforyluje FLT (FLTMP), další kinasy jej převádí až na trifosfát. Fosforylovaný FLT se v buňce nezabudovává do DNA, neboť mu chybí hydroxyl pro řetězení, ani neprochází buněčnou membránou a hromadí se tedy uvnitř. Zatímco ¹¹C-thymidin je inkorporován do DNA a zachycen víceméně ireverzibilně, FLTMP (nikoli FLTTP) může být defosforylován a uvolněn z buňky efluxem nebo nukleotidovými transportéry. Standardně je FLT glukuronidován v játrech a vyloučen ledvinami. ^30,31 Glukuronidovaný FLT se může z krve dostat skrz poškozenou HeB i do mozku, kde může zkreslit množství FLT zachyceného uvnitř buněk díky jejich proliferační aktivitě. To může komplikovat rozlišení mezi zbytkovým nádorem a neproliferujícími oblastmi s poškozenou HeB. Stejně tak je problematické zobrazování gliomu při nepoškozené HeB a zobrazování NCE (non contrast-enhancing) nádorů. ^20,30

FLT byl zkoumán pro detekci a staging nádoru plic, prsu, mozku, sarkomu, kolorektálního karcinomu a melanomu. Nejen u nádorů mozku byla pozorována významná korelace mezi akumulací FLT a Ki-67 proliferačním indexem. FLT byl dobře použitelný i v předpovědi progrese onemocnění a odpovědi na léčbu, a to již po 1 až 2 týdnech po zahájení léčby high grade gliomů bevacizumabem s irinotecanem. ³²

Ve studii srovnávající MET a FLT použitých u 21 pacientů s high grade gliomy pro odlišení rekurentního onemocnění a poradiační nekrózy byly u obou radiofarmak prakticky shodné výsledky; plošně zvýšené SUV, avšak poměr léze/zdravá tkáň jednoznačně rozlišil rekurenci od nekrózy. ¹⁵ Při srovnání FLT a FET ve skupině 20 pacientů s low nebo high grade gliomy se potvrdila vhodnost FLT pro staging a predikci prognózy u nově diagnostikovaných gliomů, avšak obecně vyšší citlivost FET pro jejich detekci; ve shodě se svými vlastnostmi FLT (na rozdíl od FET) nezachytil žádný z low grade gliomů. ³³

¹⁸F-cholin

Cholin je prekurzorem fosfolipidů, které jsou základním stavebním prvkem buněčných membrán (BM), značený cholin tedy reflektuje jejich tvorbu. Do buněk cholin vstupuje pomocí specifického transportního systému, dále je fosforylován cholinkinázou a zabudován do fosfatidylcholinu (lecithin), který již tvoří BM. Intenzivní proliferace nádorových buněk vyžaduje i zvýšenou novotvorbu BM, tedy zvýšenou potřebu cholinu jako stavebního prvku. Zvýšená aktivita cholinkinázy byla pozorována u nádoru prostaty, prsu, plic, střeva, mozku a vaječníků a je spojována s vychytáváním radioaktivně značeného cholinu, stejně jako změny v jeho transportu v maligních buňkách, takže je cholin schopný zobrazit i pomalu rostoucí nádory. Vzhledem k nízkému pozadí  zdravé tkáně je cholin slibným radiofarmakem pro zobrazení mozkových lézí. ³⁴

Původně byl pro zobrazování gliomů hodnocen ¹¹C-cholin (CHO), který je biochemicky zcela identický s neznačenou molekulou. Ačkoli dobře zobrazoval gliomy, studie na 95 pacientech ukázala, že v ničem nepředčí MET ani FDG. ³⁵ Jiná studie se 126 pacienty s nádory mozku ukázala CHO srovnatelně dobrý v detekci lézí jako FDG, navíc s lepším kontrastem zdravá tkáň/tumor oproti FDG. Autoři však pozorovali i několik falešně pozitivních výsledků. ³⁶ Rizika nesprávných výsledků si všimla i jiná studie (94 pacientů); nicméně CHO byl i tak v diagnostice gliomů přesnější (84,5 %) než FDG (70,9 %). ³⁷ Při srovnávání CHO, FDG a MR pro odlišení poradiační nekrózy v mozku od progrese onemocnění byl CHO nejcitlivější a nejspecifičtější z uvedených modalit. ³⁸

Hlavně vzhledem ke krátkému poločasu ¹¹C byla přínosem úspěšná syntéza a hodnocení ¹⁸F-cholinu. Nejdříve byl připraven fluoroethylcholin, avšak rychle se akumuloval v močovém měchýři, což omezovalo jeho využití pro zobrazení okolních tkání ¹⁸F-cholin (¹⁸F-fluoromethylcholin) byl vhodným radiofarmakem pro charakterizaci high grade gliomů, mozkových metastáz a odlišení benigních lézí. Navíc byl pozorován tzv. peritumorální uptake, vysvětlovaný snad infiltrací maligních buněk do bílé hmoty mozkové. ³⁹ Studie s CHO v kombinaci s ¹⁸F-cholinem ukázala, že obě radiofarmaka se zvýšeně akumulovala v high grade gliomech a méně v low grade gliomech. ¹⁸F-cholin měl mírně lepší poměr tumor/zdravá tkáň. ⁴⁰

¹¹C-acetát

Acetát (ACE) je v organismu rychle zabudován do acetylCoA, který pak může vstoupit do metabolismu triglyceridů a tedy poskytnout energii (jako v myokardu) nebo se zapojit do syntézy membránových lipidů (jako v nádorových buňkách).

Primárním použitím ACE-PETu bylo studování kyslíkového metabolismu a perfuze myokardu. V onkologii se ukázal být poměrně všestranným radiofarmakem: pro urologické malignity, hepatocelulární karcinom, nádory mozku či plic.

ACE byl srovnáván s FDG u 26 pacientů s astrocytomy; zatímco pro FDG byla citlivost vyšetření 79 % a specifita 100 %, ACE ukázal jen 42% citlivost a 86% specifitu, navíc i výrazně nižší schopnost rozlišit stupně malignity. ⁴¹

Dále byl ACE srovnáván s FDG i MET. Ve studii s 15 pacienty s různými stupni malignity gliomů byla citlivost 100 % u MET, 90 % u ACE a jen 40 % u FDG. Z toho hodnoty SUV_max za použití ACE a FDG byly vyšší u high grade než u low grade gliomů, u MET nebyl pozorován žádný rozdíl. ⁴² Obecně však můžeme říct, že ACE neposkytl u gliomů žádné informace o nádoru výrazně lépe než jiná radiofarmaka.

Hypoxie

Nádorová hypoxie je častým jevem, který způsobuje rezistenci nádorů k chemo- i radioterapii. Je způsobena buď zvýšenou spotřebou nebo sníženou dostupností kyslíku. Díky zvýšené expresi transkripčního faktoru hypoxia inducible factor 1 (HIF-1) získávají nádorové buňky schopnost buď zvýšit dosažitelnost kyslíku nebo se na hypoxii adaptovat. To přispívá k jejich agresivnímu chování v organismu (exprese genů zajišťujících přežití buňky, intenzivní angiogeneze, inhibice apoptózy, rezistence k léčivům…). Tyto buňky jsou také několikanásobně odolnější k působení ionizujícího záření. ⁴³

Vyhodnocení míry hypoxie je tedy krokem ovlivňujícím výběr následující léčby, určení odpovědi na léčbu a prognózy.

¹⁸F-FMISO

Misonidazol, 1H-1-(3-[¹⁸F]-fluoro-2-hydroxypropyl)-2-nitroimidazol (FMISO) je relativně lipofilní látkou, která pasivně difunduje přes buněčné membrány. Jelikož chybí mechanismy aktivního transportu, je distribuce v organismu (a tedy i vyšetření) relativně delší, v mozku však není ovlivněna stavem HeB. ⁴⁴ Uvnitř buněk je FMISO enzymaticky redukován; je-li přítomno dostatečné množství kyslíku, dochází rychle k opětovné oxidaci, v opačném případě se vzniklý nitroradikál postupně dále redukuje až na reaktivní aminoskupinu, která se kovalentně váže na buněčné makromolekuly. ⁴³

K akumulaci tedy nemůže docházet v nekrotických buňkách, které nemají aktivní enzymy pro redukci FMISO. Ve zvýšené míře dochází k akumulaci FMISO v nádorových buňkách oproti koncentracím ve zdravé tkáni či plazmě. ⁴⁴ Kromě nádorů (zejména hlavy a krku) lze FMISO použít pro zobrazování stavů po akutní mozkové mrtvici a hypoxie myokardu. Nevýhodou je, že signál během první hodiny po aplikaci FMISO může kolísat a až poté získáme ustálený kontrast (viz výše). ⁴⁵

Bruehlmeier srovnával vychytávání FMISO glioblastomem se zlatým standardem pro perfuzi – H₂¹⁵O; ukázalo se, že FMISO byl zvýšeně vychytáván v oblastech nádoru jak s hypo-, tak i hyperperfuzí, což ukazuje, že hypoxie s perfuzí gliomů nijak nekoreluje. ⁴⁴

Některé studie uvádí, že hypoxie nádoru se významně různí – mezi stejnými místy, typy nádorů i v rámci jednoho pacienta. Vyšší vychytávání FMISO lze pozorovat při okrajích, v centru nádoru je zobrazená aktivita nižší. Další faktory, které mohou mít vliv na míru vychytávání FMISO tumorem, jsou viabilita nádoru, buněčná hustota nebo již zmíněná nekróza. Předpokládaná korelace mezi vychytáváním glukózy nádorem a jeho hypoxií se nepotvrdila. ⁴⁶

Několik studií, např. s nepředléčenými pacienty s nádory hlavy a krku potvrdilo FMISO jako potenciální nezávislý prognostický faktor, případně prognostický faktor odpovědi na radioterapii. ^44,47

FMISO je v plazmě relativně stabilní sloučeninou po dobu 90 minut. Neznačený MISO je desmethylován v játrech, ale v případě FMISO je 80 % podané radioaktivity vyloučeno močí ve formě nezměněné původní molekuly. Malé množství podléhá glukuronidaci (a následně se rovněž vyloučí močí), méně než 5 % se přemění na aminoimidazol. Vysoké dávky misonidazolu vyvolávají periferní neuropatie, ale koncentrace jeho derivátu FMISO používané v nukleární medicíně se pohybují okolo 0,1 % LD50. ⁴³

¹⁸F-FAZA

Fluoroazomycin arabinosid, 1-(5-[¹⁸F]-fluoro-5-deoxy-α-D-arabinofuranosyl)-2-nitroimidazol, se ve studiích ukázal být vhodným markerem hypoxie pro řadu nádorů, zejména gliomů. Rychle odcházel z krevního oběhu a nehypoxických tkání do tumoru (na myších modelech rychleji než FMISO) a u pacientů nebyly pozorovány žádné nežádoucí účinky. ⁴⁸ Jiná studie naznačila nižší senzitivitu FAZA oproti FMISO, nicméně potvrdila výborné kinetické vlastnosti. ⁴⁹

¹⁸F-EF5

Tato látka, ¹⁸F-2-(2-nitro-1H-imidazol-1-yl)-N-(2,2,3,3,3-pentafluoropropyl)-acetamid, se původně používala pro hodnocení hypoxie imunohistochemicky (IHC), případně pomocí průtokové cytometrie. Vyšší lipofilita usnadňuje průnik do tkání včetně mozku, dobrá stabilita v organismu, bezpečnost, pozitivní výsledky a možnost současného IHC vyšetření podporují další výzkum. Limitací může být náročnější syntéza. ⁵⁰

¹⁸F-FETNIM

Fluoroerythronitroimidazol, 4-¹⁸F-fluoro-2,3-dihydroxy-1(2’-nitro-1’-imidazolyl)butan, při srovnání s FMISO potvrdil schopnost detekce nádorové hypoxie, výhodou oproti FMISO může být vyšší hydrofilita a snazší a levnější příprava FETNIM. ⁵¹

¹²⁴I-IAZG

Jodoazomycin-galaktopyranosid, ¹²⁴I-1-(4-deoxy-4-iodo-β-D-xylopyranosyl)-2-nitroimidazol, byl srovnáván s FMISO a FDG na zvířatech; ukázala se zvýšená akumulace IAZG v hypoxických nádorových buňkách a lepší clearance IAZG oproti FMISO. ⁵² Avšak pro zobrazování některých nádorů u lidí zatím nebyly tyto výsledky potvrzeny.

Jako další příklady ¹⁸F-značených derivátů nitroimidazolu, které byly studovány jako markery hypoxie nádorů, můžeme zmínit fluoroetanidazol (¹⁸F-FETA), 4-bromo-1-(3-fluoropropyl)-2-nitroimidazol (4-Br-[¹⁸F]-FPN) nebo 2-(2-nitroimidazol-1H-yl)-N-(3-fluoropropyl)acetamid (¹⁸F-EF1).

Cu-ATSM

ATSM, diacetyl-bis(N4-methylthiosemikarbazon), se ve studiích objevil v komplexu s různými izotopy Cu. Pro vychytávání gliomy byl použit vesměs izotop ⁶²Cu-ATSM a výsledky ukázaly jeho zvýšenou akumulaci v hypoxických nádorových buňkách. ⁵³ Principem akumulace je nitrobuněčná enzymatická redukce Cu(II) na Cu(I) a její následné uvolnění z komplexu. Některé studie však nepřinesly pozitivní výsledky; možnou příčinou je rozdílná akumulace Cu různými typy buněk.

Byly testovány i další deriváty semikarbazonu, např. ⁶²Cu-PTSM, pyruvaldehyd-bis(N4-methylthiosemikarbazon), který je markerem perfuze a jako takový může doplnit informaci získanou vyšetřením s ATSM. ⁵⁴

Zobrazování receptorů

Somatostatinové receptory

Somatostatin je inhibiční neuropeptid přirozeně produkovaný řadou endokrinních a imunitních buněk, nejvíce v hypotalamu, pankreatu, žaludku a střevech. Mimo jiné moduluje endo- a exokrinní sekreci a skrze ni i buněčnou proliferaci. Na povrchu buněk se váže na jeden ze 6 subtypů transmembránového receptoru spojeného s G-proteiny (SSTR). Pro terapeutický efekt je žádoucí internalizace komplexu receptor-ligand zprostředkovaná endocytózou.

Řada, nejen neuroendokrinních (NET), nádorů ve zvýšené míře exprimuje SSTR, čehož lze využít v diagnostice i léčbě – patří sem i různé nádory mozku (gliomy, meningiomy, hemangioblastomy, medulloblastomy, nádory hypofýzy).

Pro zobrazení gliomů nejsou somatostatinová analoga příliš vhodná, neboť jejich průnik do mozku je z důvodu vysoké polarity sloučenin vázán na poškození HeB. Tudíž, ačkoli téměř všechny gliomy exprimují SSTR, jejich zobrazení je možné prakticky jen u high grade nádorů. ⁵⁵

Nová analoga, např. DOTA-peptidy, se značí přednostně ⁶⁸Ga získávaným z ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga generátoru; syntéza je relativně levná a nevyžaduje přítomnost cyklotronu, vyšetření je rychlejší a kratší.DOTA je chelátor, skrze který je k peptidu vázán trojmocný radionuklid za vzniku in vivo stabilního komplexu.

Poslední dobou se dostává galliem značeným somatostatinovým analogům zvýšené pozornosti, zejména z důvodu jejich potenciálního využití v teranostice, respektive molekulárně cílené radiační terapii, tzv. PRRT (peptidová receptorová radionuklidová terapie).

⁶⁸Ga-DOTA-TOC

Tento somatostatinový analog, 1,4,7,10-tetraazacyclododekan-N,N′,N″,N‴-tetraacetyl-D-Phe1-Tyr3-octreotide, má uplatnění spíše v jiných oblastech, ale bylo publikováno i několik kazuistik z oblasti teranostiky mozkových nádorů – diagnostickým PET pomocí ⁶⁸Ga-DOTATOC byla upřesněna léčba ⁹⁰Y-DOTATOC tří pacientů s high grade glioblastomem; u všech došlo k částečné nebo úplné remisi. ⁵⁶

U pacientky s von Hippel-Lindau syndromem byl úspěšně použit diagnostický ⁶⁸Ga-DOTANOC (1,4,7,10-tetraazacyclododekan-1,4,7,10-tetraacetyl]-1-Nal3-octreotid) PET doplněný o MR a dále zvolena léčba jiným analogem ¹⁷⁷Lu-DOTATATE (DOTA-(Tyr3)-octreotát). ⁵⁷

Jiné receptory

⁶⁸Ga je komplexováno i s NOTA (1,4,7-triazacyclononan-N,N′,N″-trioctová kyselina). Překvapivě konjugát ⁶⁸Ga-NOTA-bisfosfonát určený pro detekci kostních metastáz nádoru prsu zobrazil i mozkové metastázy. ⁵⁸

V loňském roce byl poprvé úspěšně vyzkoušen na zdravých dobrovolnících a pacientech s gliomy ⁶⁸Ga-NOTA-NFB (N-terminal 4-fluoro-benzoyl) pro specifické zobrazování CXCR4, chemokinového receptoru spřaženého s G-proteiny. CXCR4 hraje významnou  roli v chemotaxi a angiogenezi a je zvýšeně exprimován u řady tumorů. Jeho exprese koreluje s agresivitou tumoru a potenciálem metastazovat. NOTA-NFB je T140, peptidový antagonista receptoru, v němž je NFB část nahrazena NOTA skupinou, čímž se zajistí specifita pro nádorové buňky. Vyšetření bylo citlivější než FDG-PET. ⁵⁹

U myší s glioblastomem byly provedeny pokusy se zobrazováním VEGF receptoru (VEGFR) peptidy značenými ⁶⁴Cu. Exprese VEGFR je v nádorových buňkách zvýšená a souvisí s angiogenezí. Pacientům s potvrzenou overexpresí je možno nasadit anti-angiogenní léčbu cílící na tento receptor. Akumulace ⁶⁴Cu-DOTA-VEGF121 v gliomu korelovala s mírou exprese VEGFR-2 v gliomu. ⁶⁰

Integriny

Integrin α_Vβ₃ je transmembránový receptor zprostředkovávající buněčnou adhezi, motilitu, invazi, růst, přežití. Skrze své signální molekuly je zapojen do mnoha pato/fyziologických procesů, zájem vzbudila hlavně angiogeneze, pro onkologii je důležitá i tvorba metastáz a chemoradiorezistence. Většina nádorů integriny ve zvýšené míře exprimuje; jejich blokádou lze zmíněné procesy inhibovat nebo modulovat. Existuje řada podtypů integrinů, řada z nich je charakterizována rozpoznáváním RGD-sekvence (arginin-glycin-aspartát), odtud pojem RGD-PET. RGD je často přítomna v proteinech extracelulární matrix, chemická struktura a konformace místa určuje typ integrinu a vazebnou sílu, se kterou se v proteinu bude vázat. Od roku 1996 byla připravena řada SPECT i PET radiofarmak s různými chelatačními skupinami a peptidovou částí odvozenou od RGD, avšak jejich hlavní využití zatím leží mimo zobrazování CNS.

Pro specifické zobrazení gliomu byl úspěšně použit ¹⁸F-galakto-RGD jako nástroj pro plánování a monitorování integrin cílící terapie. ^{61 68}Ga-BNOTA-PRGD2 zobrazoval gliomy dokonce lépe než FDG a jeho SUV_max i poměr aktivity tumor/zdravá tkáň významně korelovaly se stupněm malignity. ⁶²

Ve studii na 17 pacientech s glioblastoma multiforme byl pro zobrazení nádoru použit značený 2-fluoropropionyl PEGylovaný dimerní RGD-peptid ¹⁸F-FPPRGD2. Kontrolní MR potvrdilo citlivější a specifičtější zobrazení pomocí ¹⁸F-FPPRGD2 ve srovnání s FDG. ⁶³

Jiný peptid specifický pro integrin α_Vβ₃, ¹⁸F-AlF-NOTA-E[PEG4-c(RGDfk)]₂ neboli ¹⁸F-Alfatide II, byl hodnocen jednak u zdravých dobrovolníků, jednak u pacientů s mozkovými metastázami (celkem 20). ¹⁸F-Alfatide II detekoval všech 20 metastáz, srovnávací CT pouze 13 a FDG 10 lézí. ⁶⁴

Závěr

Pro zobrazení nádorů mozku se zpravidla uvádí jako zlatý standard kontrastní MR, nicméně velmi často jsou žádoucí i informace poskytnuté PET vyšetřením. Ideální je tedy dnes už běžně používaný hybridní systém PET/CT, případně PET/MR.

Radiofarmaka, která máme k dispozici pro zobrazení nádorů mozku, můžeme rozdělit podle jejich mechanismu akumulace do tří skupin – zobrazující hypoxii, zobrazující změny v metabolizmu a zobrazující konkrétní receptory. Nejrozšířenější jsou radiofarmaka reflektující metabolismus gliomu, především FDG, dále pak AMK, MET a FET či nukleotidový analog FLT. Výzkum probíhá nejintenzivněji pravděpodobně v oblasti integrinových receptorů, protilátek a obecně peptidových radiofarmak.

Praktické použití relativně širokého spektra přípravků je v České republice bohužel limitováno jejich omezenou dostupností, neboť z uvedených jsou registrována pouze tato radiofarmaka: ¹⁸F-FDG, ¹⁸F-FDOPA, ¹⁸F-FLT, ¹⁸F-fluoromethylcholin, ¹⁸F-fluoroethylcholin.

Irena Macků

Masarykův onkologický ústav Brno, ČR

irena.macku@mou.cz