Las imágenes del antes y el después son impresionantes:un paciente con cáncer de próstata plagado de tumores metastásicos que desaparecen después de solo tres, tratamientos potentes.

"Dos pacientes se sometieron a estos tratamientos y se curaron, "dijo Cathy Cutler, director del Programa de Investigación y Producción de Isótopos Médicos en el Laboratorio Nacional de Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. "Su cáncer se había ido.

"Esto es lo que queremos hacer:suministrar este material para que más pacientes puedan recibir este tratamiento, " ella dijo.

El material es una molécula etiquetada con Actinium-225, un isótopo radiactivo. Cuando está diseñado para unirse específicamente con una proteína en la superficie de las células cancerosas, la molécula radiomarcada libera una sustancia letal, punch localizado:partículas alfa que matan el cáncer con un daño mínimo a los tejidos circundantes.

El actinio-225 solo se puede producir en las grandes cantidades necesarias para respaldar las aplicaciones clínicas en instalaciones que tienen aceleradores de partículas de alta energía.

"Por eso vine a Brookhaven, Cutler dijo en una charla reciente que dio para destacar el trabajo de su grupo. "¡Podemos hacer estos emisores alfa y esto realmente les está dando a los médicos la oportunidad de tratar a estos pacientes!"

Reducción de radioquímica

Brookhaven Lab y el Programa de Isótopos del Departamento de Energía tienen una larga trayectoria en el desarrollo de radioisótopos para usos en medicina y otras aplicaciones. Estas formas radiactivas de elementos químicos se pueden usar solas o unidas a una variedad de moléculas para rastrear y atacar la enfermedad.

"Si no fuera por el Departamento de Energía de EE. UU. Y su programa de desarrollo de isótopos, No estoy seguro de que tengamos medicina nuclear "Dijo Cutler.

Entre los éxitos notables de Brookhaven Lab se encuentran el desarrollo en las décadas de 1950 y 1960, respectivamente, del generador de tecnecio-99m y una forma de glucosa marcada radiactivamente conocida como ¹⁸ FDG:dos radiotrazadores que revolucionaron la imagenología médica.

Como ejemplo, ¹⁸ La FDG emite positrones (primos cargados positivamente de los electrones) que pueden ser captados por un escáner de tomografía por emisión de positrones (PET). Debido a que las células cancerosas de rápido crecimiento absorben glucosa más rápido que los tejidos sanos, los médicos pueden utilizar PET y ¹⁸ FDG para detectar y controlar la enfermedad.

"FDG dio la vuelta a la oncología, ", Dijo Cutler. En lugar de tomar un medicamento durante meses y sufrir efectos secundarios tóxicos antes de saber si un tratamiento está funcionando, "los pacientes pueden ser escaneados para observar el impacto del tratamiento en los tumores en 24 horas, y nuevamente con el tiempo, para ver si el fármaco es eficaz y también si deja de funcionar ".

Operaciones simbióticas

Mientras que Tc-99m y ¹⁸ Las FDG ahora están ampliamente disponibles en entornos hospitalarios y se utilizan en millones de exploraciones al año. otros isótopos son más difíciles de producir. Requieren el tipo de acelerador de partículas de alta energía que solo puede encontrar en los laboratorios de física de clase mundial.

"Brookhaven es una de las pocas instalaciones del Programa de isótopos del DOE que puede producir ciertos isótopos médicos críticos, "Dijo Cutler.

El acelerador lineal de Brookhaven ("linac") fue diseñado para alimentar haces de protones energéticos en experimentos de física en el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), donde los físicos están explorando las propiedades de los bloques de construcción fundamentales de la materia y las fuerzas a través de las cuales interactúan. Pero debido a que el linac produce los protones en pulsos, Cutler explicó, puede enviarlos pulso a pulso a diferentes instalaciones. Los operadores del Departamento de Aceleradores y Colisionadores de Brookhaven entregan pulsos alternos al RHIC y al Productor de Isótopos Linac de Brookhaven (BLIP).

"Operamos estos dos programas simbióticamente al mismo tiempo, ", Dijo Cutler." Combinamos nuestros recursos para apoyar el funcionamiento del acelerador lineal; es más barato para ambos programas compartir este recurso de lo que costaría si cada uno de nosotros tuviera que usarlo solo ".

Tuning y objetivos

Los operadores de BLIP dirigen los haces de protones energéticos controlados con precisión a pequeños objetivos en forma de disco. Los protones golpean las partículas subatómicas de los átomos de los objetivos, transformándolos en los elementos radiactivos deseados.

"Apilamos diferentes objetivos secuencialmente para hacer uso de la energía reducida del rayo cuando sale de un objetivo y entra en el siguiente en la línea, para que podamos producir varios radionucleidos a la vez, "Dijo Cutler.

Los objetivos transformados se someten a un procesamiento químico adicional para producir un producto puro que se puede inyectar en los pacientes. o un precursor químico que se puede transformar fácilmente en el isótopo o marcador deseado en el lugar de un hospital.

"Gran parte de nuestro trabajo se destina a producir estos objetivos, "Cutler dijo." Te sorprendería toda la química, Ingenieria, y la física que implica el diseño de uno de estos discos, para asegurarse de que sobrevive a la energía y la alta corriente del haz, le da el isótopo que le interesa con un mínimo de impurezas, y le permite hacer la química para extraer ese isótopo de manera eficiente ".

Cutler supervisó recientemente la instalación de un nuevo sistema de "trama de haz" diseñado para maximizar el uso de materiales objetivo y aumentar la producción de radioisótopos. Con esta actualización, una serie de imanes dirige el haz de partículas energéticas de BLIP para "pintar" el objetivo, en lugar de depositar toda la energía en un solo lugar. Esto reduce la acumulación de calor que daña el objetivo, permitiendo a los operadores aumentar la corriente del haz y transformar más material objetivo en el producto deseado.

Satisfacer la creciente demanda

El nuevo sistema de trama y el aumento de la corriente ayudaron a aumentar la producción de uno de los principales productos de BLIP, Estroncio-82, en más del 50 por ciento en 2016. Sr-82 tiene una vida media relativamente larga, permitiendo que sea transportado a hospitales en una forma que pueda generar un radiotrazador de corta duración, Rubidio-82, lo que ha mejorado enormemente la precisión de las imágenes cardíacas.

"Rb-82 imita al potasio, que es absorbido por los músculos, incluido el corazón, "Cutler explicó." Puede inyectar rubidio en un paciente en un escáner PET y medir la captación de Rb-82 en el músculo cardíaco para identificar con precisión las áreas de flujo sanguíneo disminuido cuando el corazón está bajo estrés. Luego, los cirujanos pueden ingresar y desbloquear esa arteria coronaria para aumentar el flujo sanguíneo antes de que el paciente tenga un ataque cardíaco. Cientos de miles de pacientes reciben esta prueba que les salva vidas gracias a lo que estamos haciendo aquí en Brookhaven ".

BLIP también produce varios isótopos con capacidades mejoradas para detectar cáncer, incluyendo tumores metastásicos, y seguimiento de la respuesta al tratamiento.

Pero aumentar para satisfacer la demanda de isótopos que tienen el potencial de curar el cáncer puede ser la vocación más importante de BLIP, y ha sido un factor clave en la carrera de Cutler.

Conducir una camioneta de 80 toneladas hacia un tumor

"Queremos ir más allá de las imágenes a la terapia, " ella dijo, destacando la promesa de diseñar moléculas para administrar radiación que mata el cáncer con extrema precisión.

"Aquí es donde comencé como químico en la Universidad de Missouri:diseñando moléculas que tienen las cargas adecuadas, el tamaño correcto, y las características correctas que determinan a dónde van en el cuerpo para que podamos usarlas para imágenes y terapia, ", dijo." Si podemos apuntar a los receptores que se sobreexpresan en las células tumorales, podemos crear imágenes de estas células de forma selectiva. Y si hay suficientes de estos receptores expresados, podemos administrar radionúclidos a esas células tumorales de manera muy selectiva y destruirlas ".

Los radionucleidos que emiten partículas alfa se encuentran entre los isótopos más prometedores porque las partículas alfa entregan mucha energía y atraviesan distancias muy pequeñas. La entrega dirigida de alfa depositaría dosis muy altas, "como conducir un camión de 80 toneladas hacia un tumor", mientras se minimiza el daño a las células sanas circundantes. Dijo Cutler.

"Nuestro problema no es que no podamos curar el cáncer; podemos extirpar el cáncer. Nuestro problema es salvar al paciente. La toxicidad de los tratamientos en muchos casos es tan importante que no podemos obtener los niveles necesarios para matar el cáncer sin dañar realmente al paciente. Con partículas alfa, debido a la corta distancia y el alto impacto, nos permiten tratar a estos pacientes con efectos secundarios mínimos y brindan a los médicos la oportunidad de curar realmente el cáncer ".

Abogando por una cura

Un tratamiento experimental que Cutler desarrolló con Lutecio-177 mientras aún estaba en la Universidad de Missouri funcionó favorablemente en el tratamiento de tumores neuroendocrinos. pero no llegó a un estado de curación. Actinio-225, uno de los isótopos que es más complicado de hacer, se ha mostrado más prometedor, como lo demuestran los resultados del cáncer de próstata publicados en 2016 por investigadores del Hospital Universitario de Heidelberg.

Ahora, según Cutler, El Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del DOE produce suficiente Ac-225 para tratar a unos 50 pacientes cada año. Pero se necesita casi 30 veces más para realizar los ensayos clínicos necesarios para demostrar que tal estrategia funciona antes de que pueda pasar del laboratorio a la práctica médica.

"Con el acelerador que tenemos aquí en Brookhaven, la experiencia en radioquímica, y experiencia en la producción de isótopos para aplicaciones médicas, Nosotros, junto con los socios de ORNL y el Laboratorio Nacional de Los Alamos del DOE, buscamos satisfacer esta necesidad insatisfecha de hacer llegar este material a los pacientes. "Dijo Cutler.