Ресурсный центр ядерной медицины СПбГУ Перспективы развития исследований в области медицины и биологии Заведующий лабораторией ядерных реакций, к. ф. – м. н. Жеребчевский В. И. Профессор химического факультета С. П. Туник Санкт-Петербург

2 Введение Основная идея Проекта заключается в создании в СПбГУ междисциплинарного ресурсного центра «Ядерная медицина» Задачи: 1. построение технологического комплекса для получения медицинских радионуклидов и радиофармпрепаратов; 2. создание учебно-научного комплекса биохимических и биофизических исследований с помощью методов ядерной медицины; 3. создание многопрофильного исследовательского центра доклинических и клинических медицинских исследований.

3 2. Состояние и задачи ядерной медицины в России Введение 1. Современная ядерная медицина: - область фундаментальной и практической медицины, в которой с целью профилактики, диагностики и лечения различных заболеваний органов и систем человека, применяются стабильные и радиоактивные нуклиды, самостоятельно или в форме радиофармпрепаратов (РФП); - междисциплинарная область, в которой работают врачи, физики, химики, молекулярные биологи, инженеры, техники; - новейшие медицинские технологии (включая ядерные технологии, генно-инженерные технологии, биотехнологии), позволяющие обнаруживать начало заболевания еще на стадии поражения отдельных клеток и тканей, а не на стадии поражения органов и появления метастазов; а также позволяющие получить информацию о физиологических функциях соответствующих органов.

4 а) Диагностика: используют препараты, меченные радиоактивными нуклидами. Наблюдая за их распределением в организме человека с помощью специальной детектирующей аппаратуры, можно получить изображение внутренних органов человека, а также судить о жизнедеятельности органа в целом или какой-либо из его частей. б) Радионуклидная терапия: используют методы, когда лекарственное средство, содержащее радионуклид, целенаправленно доставляется к пораженному опухолью органу Введение 2. Методы ядерной медицины

5 Обоснование Из доклада министра здравоохранения и социального развития РФ Т.А. Голиковой

6 Радионуклидная диагностика

Пример использования некоторых радионуклидов при диагностике

18 F-ФДГ - основной РФП для ПЭТ диагностики опухолей 2-[ 18 F]-фтор-2-дезокси-D-глюкоза, радиотрейсер гликолиза Злокачественные клетки характеризуются более активными процессами гликолиза, что обусловлено повышенным уровнем белков, транспортирующих глюкозу (транспортеров глюкозы Глут1 1 и Глут 2), и, в большей степени, увеличением активности гексокиназы в неоплазме. ПЭТ с ФДГ позволяет количественно определять регионарную скорость потребления глюкозы в тканях

18 F-ФДГ - основной РФП для ПЭТ диагностики опухолей Kuwabara et al. Ann Nucl Med 2009, 23:

ПЭТ с 11 С- метионином выявляет опухоль и ее границы Сопоставление 18 F-ФДГ и L- 11 C-метионина: Анапластическая астроцитома левого таламуса (слайд предоставлен Т. Скворцовой, ИМЧ РАН, Ст.-Петербург) ПЭТ с 18 F-ФДГ малоинформативна

Сравнение МРТ (А), ПЭТ с L- 11 C-метионином (В) и 18 F-ФЭТ (С) Слайд предоставлен проф. H.J. Wester, Munich, Germany Wester HJ et al. J Nucl Med (1999) 40: 205

Молекулярно-клеточные процессы, лежащие в основе болезни Альцгеймера (предположительно) Амилоидные бляшки Нейрофибрил- лярные клубки

[ 11 C]PIB - первый радиолиганд для визуализации бета амилоидных aгрегaтoв при болезни Альцгеймера методом ПЭТ Аналог тиофлавина Предложен в Университете Питтсбурга Клинические испытания – Уппсала ПЭТ центр и многие другие Лицензия на патент фирмы «Amersham- GE Health care» N S NH 11 CH 3 HO Klunk et al, Ann Neurol 2004

Меченные фтором-18 ПЭТ радиолиганды для визуализации бета амилоидных aгрегaтoв при болезни Альцгеймера 11 С-PIB 18 F-Flutemetamol GE Health Care 18 F-FBAY (Rowe et al. Lancet Neurol 2008) 18 F-AV 45 (Florbetapir F18) (Yao et al. Appl Rad Isot 2010)

6- 18 F-фтор-L-ДОФА - первый ПЭТ радиотрейсер для изучения допаминергической системы (1983) Стереоспецифи- ческий электрофильный синтез Namavari et al. Appl Rad Isot 1992

18 F-радиотрейсеры для онкодиагностики (кроме ФДГ)

17 II часть презентации

18 Основные направления ядерной медицины (для СПбГУ) 1. Радионуклидная диагностика: 1.1. синтез известных и разработка новых радиофармпрепаратов (РФП) на основе пептидов и нуклеиновых кислот для диагностических и терапевтических целей доклинические медицинские исследования (на малых животных) 1.3. использование методов ядерной медицины (диагностики) в биологических исследованиях 2. Терапия: Радионуклидная, Нейтронная и нейтрон- захватная только как перспектива!!!

19 Радионуклидная диагностика Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ) Метод основан на регистрации пары гамма-квантов, возникающих при аннигиляции позитронов из радиофармпрепарата, вводимого перед исследованием.

20 Циклотрон ТР-30 Мишенные устройства: газовые и жидкостные мишени ПЭТ Радионуклидная диагностика

21 Радионуклидная диагностика Важность клинического значения ПЭТ состоит в том, что этот метод позволяет: Осуществлять раннюю диагностику сложных заболеваний. Оценивать функциональное состояние и жизнеспособность органов и тканей как при патологии (медицина), так и в норме (биологические исследования). Осуществлять раннюю диагностику метастазирования и генерализации патологического процесса в онкологии. Оперативно оценивать эффективность медикаментозной, лучевой и химиотерапии, выбирать наиболее эффективную тактику лечения.

22 Обоснование Что требуется для развития ядерной медицины - развитие новых областей применения медицинской радионуклидной диагностики и терапии; - совершенствование ядерно-медицинских технологий; - создание новых радиофармпрепаратов для онкологии и других областей медицины; - подготовка высококлассных специалистов. Почему именно в СПбГУ? -Все необходимые специалисты (физики, химики, биологи, медики) в одном ВУЗе!!! - Удобное расположение

23 Удобное расположение

24 Стратегия развития Ресурсного центра

Представленный Ресурсный центр будет являться междисциплинарным ресурсным центром, в котором планируется охватить широкий спектр научных исследований.

26 Основные преимущества реализации проекта в СПбГУ: 1) Большой научный потенциал, определяемый ожидаемо высоким уровнем университетских исследований. 2) Значительный инновационный потенциал Центра. В процессе осуществления своей деятельности планируется разработка новых технологий получения радионуклидов и РФП с перспективой внедрения и коммерческого использования. 3) Удобное расположение. Находясь в центре города, Ресурсный центр предоставит возможность продавать получаемую в нем изотопную продукцию в ведущие клиники Санкт-Петербурга. 4) Подготовка высококлассных специалистов для различных областей ядерной медицины, таких как: синтез изотопов и новых радиофармпрепаратов, получение высококачественных изображений и совершенствование методов их обработки, совершенствование диагностических методик в медицине и биологии. Заключение

27 Ниже приводятся слайды с дополнительной информацией Дополнительная информация

28 Что тормозит внедрение новых РФП в клиническую практику ПЭТ в России отсутствие базы для проведения доклинических испытаний: нет собственного вивария, нет доступа к моделям опухолей на животных, нет возможности приобрести животных с индуцированными патологиями в России вообще; в России нет ни одного ПЭТ сканнера для малых животных, необходимого для доклинических испытаний;

29 Из всех регионов России ядерная медицина в части радионуклидной диагностики ( радиотерапии с помощью РФП нет, но строится одно отделение на 12 коек ) наиболее развита и используется в Санкт- Петербурге. Обоснование

30 Название ЦиклотронПЭТТекущее состояние Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН MC17, SCX, / 8.5 MeV (p/d) PETTrace 4, GEHC 16.5/8.4 MeV (p/d), 2010 PC B SCX, 1991 PET/CT GEMINI Philips, 2010 работает Федеральное государственное учреждение "Российский научный центр радиологии и хирургических технологий" MGC 20, EI Protons, variable CC 18/9 EI 18/9 MeV (p/d), 2009 Two ECAT- EXACT-47 Siemens -CTI 1997, 2002 PET/CT Discovery 690, GEHC, 2010 работает Военно- медицинская Академия имени С. М. Кирова нетPET/CT Biograph, Siemens, 2003 работает ПЭТ центры в Санкт-Петербурге (2011)

31 НазваниеЦиклотронПЭТТекущее состояние СПбГМУ им. И.П.ПАВЛОВА нетработает Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины имени А.М. Никифорова МЧС России Eclipse RD, Siemens, 11 MeV (p), 2009 Biograph 64строится Частный диагностический центр, ЛДЦ МИБС Санкт- Петербург Eclipse RD, Siemens, 11 MeV (p) Two Biograph 16 RS (renovated) строится Федеральный Центр сердца, крови и эндокринологии им. В.А. Алмазова PETTrace 4, GEHC 16.5/8.4 MeV (p/d) строится ПЭТ центры в Санкт-Петербурге (2011)

32 Обоснование Потенциальные источники финансирования: 1. Программа развития СПбГУ; 2. Участие в программах, поддерживаемых Госкорпорацией «Росатом»; 3. Международные программы, в том числе Мегагранты.

33 Радионуклидная диагностика Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) Гамма-камеры используются для фиксации изображений, полученных с помощью излучения, испускаемого специальными введенными внутрь радионуклидами. Этот метод позволяет исследовать анатомию и функционирование различных органов, а также выявлять костные патологии. Гамма-камера регистрирует и подсчитывает количество фотонов, испускаемых исследуемым органом и формирует карту вспышек каждого из них в пространстве, строя таким образом изображение органа

34 Основные радионуклиды для ОФЭКТ 82 Rb 199 Tl 123 I 201 Tl 1,25 мин 445,2 мин 360 мин 792 мин 111 In 4075 мин 99m Tc 4378 мин Энергия гамма-квантов в интервале 60 – 300 кэВ Радионуклидная диагностика

35 Основные циклотронные ПЭТ радионуклиды 15 O 13 N 11 С 18 F 2,04 мин 10 мин 109,8 мин 20,4 мин 68 Ga 67 мин 62 Cu 9,6 мин 1730 кэВ 2926 кэВ 1198 кэВ 960 кэВ 1899 кэВ 653 кэВ Радионуклидная диагностика

36 Радионуклидная диагностика Примеры: Генератор 68 Ge/ 68 Ga (раннее обнаружение микрометостаз) В валидированном для медицинского применения варианте на мировом рынке отсутствуют. Генератор 99 Mo/ 99m Tc Сегодня в мировой практике более 80% (~50 млн. в год) всех диагностических процедур ядерной медицины используются радиофармпрепараты на основе 99m Tc. 99 Mo производится на ядерных реакторах. Участившиеся запланированные и аварийные остановки реакторов в последние годы привели к кризисам с поставкой 99m Tc и заставили правительства и ученых искать альтернативные источники данного радионуклида. Характеристики циклотронов средних энергий (24 – 30 МэВ) идеально подходят для регионального коммерческого производства 99m Tc в реакции 100 Mo(p,2n) 99m Tc.

37 Радионуклидная терапия Технология радионуклидной терапии (РНТ) основана на применении терапевтических радиофармпрепаратов, которые, попадая в определенное место в организме, испускают частицы с коротким пробегом, которые разрушает ткань - лечение опухолевых заболеваний. Закрытые радионуклидные источники могут быть помещены непосредственно в опухоль или рядом с ней, что также дает терапевтический эффект (брахиотерапия). К преимуществам РНТ относятся: - избирательность повреждения опухоли или патологического очага; - хорошая переносимость процедуры терапии; - относительно короткое время госпитализации; - возможность использования лечения тяжелобольных

38 За последние 20 лет были разработаны «почтовые» (homing) материалы (моноклональные антитела, пептиды, нановещества), которые присоединяются к различного типа раковым клеткам. Такие соединения обладают специфической особенностью связываться только с определенной антигенной детерминантой, в результате чего происходит процесс направленной доставки терапевтического радионуклида к определенной злокачественной клетке. Радионуклидная терапия Радиоиммунотерапия с использованием -излучающих радионуклидов

39 Нейтронная и нейтрон-захватная терапия Нейтронная терапия Основные преимущества: слабая зависимость действия от насыщения клеток кислородом и фазы клеточного цикла, высокая эффективность повреждающего действия на клеточные мишени. Нейтрон-захватная терапия (НЗТ) В основе метода НЗТ лежит способность ядер некоторых химических элементов интенсивно поглощать тепловые нейтроны с образованием вторичного излучения. Если вещества, содержащие такие элементы, как бор-10, литий-6, кадмий, гадолиний, избирательно накопить в опухоли, а затем облучать потоком тепловых нейтронов, то возможно интенсивное поражение опухолевых клеток при минимальном воздействии на окружающие опухоль нормальные ткани (позволяет эффективно воздействовать, в частности, на ряд злокачественных новообразований головного мозга).