Háttérismeretek a "RÁKOM" című anyagomhoz. -- Kővágó Angéla:
Nukleáris medicina napjainkban - Gyógyító izotópok
A nukleáris medicina az orvoslás egyik legsokoldalúbb és egyben legmodernebb ágazata. Jelentőségét mi sem mutatja jobban, mint hogy résztudományaiból éppen idén januárban szerveztek önálló tanszéket a Semmelweis Egyetemen. Dr. Dabasi Gabriella tanszékvezető hangsúlyozta, erre azért volt szükség, mert így a hallgatók átfogóbb képet kaphatnak a biofizikai alapoktól a terápiás felhasználás és diagnosztika lehetőségein át egészen a jelenleg futó kutatási projektekig. Mindenekelőtt azonban talán hasznos lehet megismerkedni az izotópok keletkezésével.
Reaktorból izotópok -- Nyomok -- Gammakamera és SPECT -- PET -- Izotópterápia
A stabil atomok magjában, a protonok (pozitív töltésű részecskék) és a neutronok (semleges részecskék) száma megegyezik. A protonszámot rendszámnak, a neutronszámot tömegszámnak nevezik, s ez utóbbi bizonyos esetekben megváltozhat. Az azonos rendszámú (protonszámú) de eltérő mennyiségű neutront tartalmazó, vagyis eltérő tömegszámú atomváltozatokat nevezzük az elem izotópjainak. A radioaktív atomok. mint amilyenek például az urán egyes izotópjai, természetes körülmények között is instabilak. Ez azt jelenti, hogy egyesével „elűzik" maguktól neutronjaikat, míg radioaktív atommagok során át stabil állapotba nem kerülnek.
Az
atomreaktorokban azonban mesterségesen idézik elő ezt a jelenséget, amikor a
reaktortérbe behelyezett atomokat nagy sebességű neutronokkal bombázzák.
Ekkor sugárzó részecskéket nyerhetnek az egyébként stabil atomok
szerkezetének megváltoztatásával. Mint azt Lakatos Mihály, a
KFKI-telephelyén működő Izotóp Intézet Kft. igazgatója elmondta, amikor az
atommag befog egy neutront, nő a tömegszám, a mag instabillá válik, majd
gammasugárzás kibocsátásával áll helyre az eredeti szerkezet. Csillebércen
egészségügyi célokra ötféle izotópot gyártanak, jód-131-et, ittrium-90-et,
szamárium-153-t, a térdízület terápiájára alkalmazott holmium-166-t, illetve
az in vitro nyomjelzőként, laboratóriumi célokra használt jód-125-t. A
reaktor szakaszosan, kéthetenként üzemel, elsősorban az éppen futó fizikai
kutatások céljából, az izotópok előállítása mellékes tevékenység. A
kórházakban is sok esetben ehhez igazítják a betegek terápiáját, bár a
hiányzó izotóp mennyiséget a cég külföldről pótolja. Az itthon előállított
jódnak például mintegy másfélszeresét szerzik be Lengyelországból. Mivel
ezeknek az izotópoknak általában rövid, néhány órától néhány napban mérhető
felezési ideje van, nem tárolható belőlük nagyobb mennyiség. Kivétel persze
itt is akad, a több mint 5700 év felezési idővel rendelkező C-14-et
tartalmazó kapszula, amelyet hazánk Oroszországból vásárolt. Ezt a
gyomorfekélyt okozó Helico-bacter pylori kimutatására használják.
Reaktorból izotópok -- Nyomok -- Gammakamera és SPECT -- PET -- Izotópterápia
A rövid felezési idejű izotópok közül a legáltalánosabban elterjedt a technécium-99 alkalmazása, amelynek hat óra a felezési ideje. Ezért Csillebércről hazánk harmincöt izotópdiagnosztikai laboratóriumába kéthetente szállítanak technécium generátorokat. Ezek közepes méretű dobozok, amelyekben molibdénoszlop helyezkedik el. Erről minden reggel fiziológiás sóoldattal mossák le a bomlása során keletkező technéciumot. Utána ezt használják fel a különböző inaktív anyagok jelölésére, amelyek a vizsgálni kívánt szerv sejtjeihez, vagy onkológiai betegeknél a daganatsejtekhez kötődnek. A diagnosztikában tehát a radioaktív izotóp a célszervhez speciálisan kötődő anyag jelölésére szolgál. A nyomjelző technika, vagyis tracerelv (tracernek nevezik a radiofarmakont, vagyis az izotóppal jelzett anyagot) Hevesy György dolgozta ki a múlt század közepén, amelyért 1943-ban Nobeldíjat kapott. Ez az alapja a ma használt legtöbb képalkotó eljárásnak, amikor a sugárzást érzékelő kamerákkal feltérképezik a beadott izotóp eloszlását. A képeket számítógéppel feldolgozva az izotóp térbeli eloszlása az anatómiai eltérésekről, időbeli eloszlásának változása a szerv működéséről ad információt.
A technéciummal jelzett szérumalbumin alkalmas az úgynevezett őrszem-nyirokcsomó vizsgálatra is. Emlőrákos és melanómás betegeknél az elváltozás köré beadott izotóp elvándorlását követi nyomon a sebész egy gammaszondával. Így keresi meg a nyirokrégió első, úgynevezett őrszem-nyirokcsomóját, amelyet eltávolítva és alapos szövettani vizsgálattal elemezve megállapítható, hogy vannak-e benne daganatsejtek. Ha nincsenek, akkor a régió többi nyirokcsomója is nagy valószínűséggel daganatmentes. Dr. Dabasi Gabriella, a Nukleáris Medicina Tanszék vezetője kiemelte, hogy a technécium alkalmas a mellékpajzsmirigy hormontermelő daganatainak kimutatására is. A gammaszonda segítségével akár műtét közben is pontosan megállapítható, hogy a négy mellékpajzsmirigy közül melyiket kell eltávolítani.
Az Uzsoki Kórház Izotópdiagnosztika Osztályán szívizomperfúziós vizsgálatok során alkalmaznak radiofarmakonként technécium-izonitrilt vagy technécium-tetrofoszmint. Dr. Balogh Ildikó osztályvezető főorvostól megtudtuk, a csökkent vérellátású területek kisebb affinitással kötik az izotópot. A beteget először terhelés nélkül vizsgálják, majd egy másik alkalommal fizikai aktivitással vagy kémiai úton, dipiridamol beadásával terhelik a szívet. A vegyület az egészséges szívizomzat vérellátását négyszeresére fokozza, ez biztosítja, hogy a beadott izotóp a keringéssel valóban a szív minden részébe eljusson és stabilan bekötődhessen. A beszűkült koszorúér által ellátott terület izotópfelvétele terheléskor csökken. Az izotópeloszlást SPECT kamerával végzett képalkotó vizsgálattal teszik láthatóvá. A terheléses és a nyugalmi vizsgálat képének összevetésével mondható meg, pontosan melyik területnek rossz a vérellátása.
Reaktorból izotópok -- Nyomok -- Gammakamera és SPECT -- PET -- Izotópterápia
A hagyományos computer tomográf (CT) nagyon részletes röntgenképet létrehozva, kizárólag a szerkezetet érintő változások felfedezésére alkalmas. Napjainkban azonban egyre gyakrabban alkalmaznak hibrid készülékeket, amikor a CT-t SPECT (single foton emission computer tomography) vagy PET (positron emission tomography) kamerákkal építik egybe, mivel így az anatómiai eltérések mellett az olyan működésbeli változások is láthatóvá tehetők, mint pl. a szívizomzat vérellátási zavara. A SPECT a gammakamera és a CT házasságából származó berendezés, amely az izotópok bomlásakor keletkező gamma-fotonokat érzékeli. A bomlás során rendszámtól és tömegszámtól függően, többféle módon is hasadhat az atommag. Leválhat egy két neutronból és két protonból álló alfa-részecske, ekkor alfa-bomlásról beszélünk. Ha a magban neutrontöbblet van, akkor negatív béta-bomlás megy végbe, egy elektron és egy antineutrínó keletkezik, miközben a rendszám eggyel nő, mert egy neutron átalakul protonná. Ennek ellentétes folyamatára, a pozitív béta-bomlásra protontöbblet esetén kerül sor, egy pozitron és egy neutrínó keletkezik, a rendszám pedig csökken, mert egy proton neutronná alakul. Valamennyi sugárzástípus melléktermékeként az energia egy része elektromágneses sugárzás, vagyis gammafotonok formájában távozik.
A gamma-kamerák a 80-200 kilo-elektronvolt (keV) tartományú sugárzásnál nyújtják a legjobb felbontást. Az orvosi célú szcintillációs számlálókban leggyakrabban talliummal szennyezett nátrium-jodid kristályt alkalmaznak, amelyben a becsapódó gamma-foton fényfelvillanást kelt. A kamerában egy kristályra sok fotoelektron-sokszorozót kötnek, amely elektromos jellé alakítja a fényt. Az impulzus nagysága arányos a részecske energiájával. Ezután egy elektronikus egység a mért jeleket összesítve kiszámolja az x és y koordinátákat, majd a számítógép megjeleníti a vizsgált szerv képét. Csont-szcintigráfiát minden onkológiai centrumban kötelező végezni az esetleges csontáttétek kimutatására. Az Uzsoki Kórházban pl. naponta húsz ilyen vizsgálatra kerül sor. A radio-farmakon ilyenkor is technéciummal jelölt vegyület, ami a csontok kalcium-apatit kristályaihoz kötődik.
A SPECT előnye, hogy viszonylag olcsó, az ismertetett szívvizsgálat nagyjából negyvenezer forint. Dr. Balogh Ildikó azt is hangsúlyozta, a különböző diagnosztikus módszerek körében előnyös lenne költség-haszon elemzést végezni, mivel pl. egyes májelváltozások CT vagy MR vizsgálata húsz-negyvenezer forintba, míg ugyanez SPECT-el mindössze kétezer forintba kerül.
Reaktorból izotópok -- Nyomok -- Gammakamera és SPECT -- PET -- Izotópterápia
A nagyobb felbontású és még pontosabb képet adó PET készülékkel a költségek jóval magasabbak. Ennek az az oka, hogy a készülék csak a pozitronokat kibocsátó izotópokat képes észlelni, amelyeket a berendezés közelében kell előállítani, mivel felezési idejük 2—110 perc. Hazánkban mindössze három magántulajdonú, de OEP támogatással működő PET készülék működik. Kettő Budapesten, egy Debrecenben, illetve van egy megyei kórház által finanszírozott Kecskeméten is. A pozitronsugárzó izotópokat nem atomreaktorban, maghasadási reakciók során, hanem ciklotronban, vagyis olyan részecskegyorsítóban állítják elő, ahol az ionokat spirális pályán gyorsítják. Természetesen a Hunyadi János úton működő ciklotron méretei nem hasonlíthatók össze a genfi LHC-vel. Az intézet saját vizsgálataihoz kevesebb mint napi 1000 mCi (millicurie) mennyiségű izotópot használ fel. Mint azt Dr. Lengyel Zsolt a Pozitron Diagnosztikai Intézet főorvosa elmondta, fluor-18-at és szén-11-et állítanak elő. A legnagyobb igény az úgynevezett FDG (fluoro-dezoxi-glukóz) vizsgálat során alkalmazott, fluor-18-al jelölt szőlőcukorra
van. Mivel az élő szervezetben általában a szőlőcukor lebontásából származó energiát használják fel a sejtek, az izotóp a fokozott anyagcserét mutató szövetekben halmozódik fel. Ilyenek a daganatsejtek is, hiszen állandó szaporodásukhoz sok energia kell. A dúsított oxigén-18 tartalmú vizet a ciklotronban felgyorsított protonnyalábbal besugározva, olyan fluor-18 atommagok keletkeznek, amelyek pozitív béta-bomlás során a protonfeleslegtől pozitron kisugárzásával szabadulnak meg. A pozitron elektronnal történő találkozása során két gamma-foton keletkezik, amelyek egy egyenes mentén, de ellentétes irányba repülnek szét. A PET kamerában ezért sok kicsi BGO (bizmut-germánium-oxid) vagy LSO (lutécium-szilikátoxid) kristály van, akár több gyűrűben is elrendezve a beteg körül. A gamma-fotonok becsapódása a detektorrendszerben a tér két, egymáshoz képest szimmetrikus pontján történik — a közel egy időben fotont érzékelő detektorok árama valós idejű elektromos jellé összegezhető.
A PET legnagyobb előnye tehát a cukor-metabolizmus megjelenítésével a fokozott energiaigényű sejtekből álló szövetek kiszűrése, ami egyelőre napjaink legnagyobb érzékenységű képalkotását teszi lehetővé. Ez azt jelenti, hogy a PET-képeken elvileg már észlelni lehet egy mintegy egymillió rákos sejtet tartalmazó, kétszer két milliméteres, szabályos köbös elváltozást is. Sajnos a daganatok metasztázisai nem mindig ilyen szabályos alakúak, és egymillió sejt sem mindig szeret a térnek egy ilyen apró szeletében tömörülni.
Reaktorból izotópok -- Nyomok -- Gammakamera és SPECT -- PET -- Izotópterápia
A diagnosztizálás mellett a sugárzó izotópokat terápiás célokra is alkalmazzák. Az Uzsoki Kórház Nukleáris Medicina Osztályán egyes ízületi gyulladások kezelésére ittriumot, másokéra rubídiumot fecskendeznek az ízületi résbe. Ezek olyan béta-sugárzó izotópok, amelyek hatótávolsága mindössze néhány milliméter. A kezelés nyomán a beteg ízületi hártyája elpusztul, és új keletkezik. A betegnek mindössze két napot kell feküdnie; ha műtéttel oldanák meg ugyanezt a problémát, az drágább lenne és sokkal hosszadalmasabb pihenést igényelne.
A rosszindulatú daganatok kezelése nagydózisú radioaktív izotópokkal az Országos Onkológiai Intézet Nukleáris Medicina Osztályának fő profilja, amelyről Dr. Sinkovícs István adott tájékoztatást. A jód-131-el jelzett NaCl alkalmazásának célja vagy a műtét után visszamaradt pajzsmirigyszövet eltávolítása, vagy az apró, műtétileg nem eltávolítható tumorgócok elpusztítása. Ez teszi ki az éves szinten nagyjából ötszáz kezelés döntő többségét. A kezelés csak bentfekvő betegnél, az erre a célra kialakított osztályon történhet. Mivel a szervezet a fel nem használt izotópot a vesén keresztül üríti ki, a betegek vizeletét egy erre a célra készült tartályba gyűjtik, és csak 10 felezési idő (jód-131 esetében ez kb. három hónap) után engedik a közüzemi csatornába.
A széles körben ismert sugárterápiának bármilyen furcsa, igen kevés köze van a radioaktivitáshoz. Ilyenkor nem intravénásán adják be a betegeknek az izotópokat, hanem egy külső sugárnyalábbal a testfelszínen keresztül roncsolják el a tumorsejteket. Azonban ez a sugár a legtöbb esetben már nem radioaktív. A sugárterápia hajnalán a daganatokat rádiummal kezelték, amely az egész szervezetre nagy radioaktív terhelést jelentett. Az első többirányú, forgó besugárzásra alkalmas kobaltágyút 1965-ben telepítették hazánkban, egy hasonló berendezés még üzemel az Uzsoki úton. Ebben a kobalt-60 izotóp 1,13 MeV gamma-sugarait fókuszálják a beteg területre, ahol így a dózismaximum a bőr alatt 5 mm mélyen alakul ki.
Az Uzsoki utcai Kórházban jövőre 1,7 milliárd forintos fejlesztés keretében, uniós támogatással vásárolnak két új lineáris gyorsítót, és a meglévőt is korszerűsítik. Dr. Weisz Csaba fizikus elmondta, a nagyobbikban 18 MV feszültséggel elektronokat gyorsítanak, majd az elektronnyalábbal célozzák meg a daganatokat. Ahogy az elektronok a sejtek atomjaival ütköznek 6 MeV fékezési röntgensugárzás keletkezik, ami ugyanúgy ionizáló hatású, mint a radioaktív sugárzás. Amíg azonban az előzőekben bemutatott gamma-fotonok az atommag szerkezetét, addig a röntgen-fotonok az atommag körül található elektronhéjak szerkezetét változtatják meg. Dr. Landherr László főorvos a nagy pontosságot hangsúlyozta, amivel ezentúl úgynevezett sztereotaxiás besugárzás is lehetővé válik. Ez azt jelenti, hogy egy centiméter átmérőjű daganatra 110 Gray dózisú sugárzást tudnak fókuszálni, a nagyobb pontosság miatt pedig hatékonyabban tudják majd a környező ép szöveteket védeni. Mindez a CT-szimulátornak (amellyel a sugárzástervezést végzik) és a légzésvezérelt sugárnyalábnak köszönhető. Utóbbi a beteg légzése miatt bekövetkező szövetelmozdulásokat képes követni. Jelenleg ennek a sugármennyiségnek közel a felét lehet a régi készülékekkel leadni.
Az tehát, hogy melyik készülékkel kezelik a beteget, a daganat elhelyezkedésétől függ. A jövő azonban a kisebb sugárterhelés és a hatékonyabb tervezési paraméterek miatt a lineáris gyorsítóké.
Reaktorból izotópok -- Nyomok -- Gammakamera és SPECT -- PET -- Izotópterápia
-------------------------------------------------------
Élet és Tudomány - 2011/45