Radionuclidi Emettitori di Positroni e Strategie di Marcatura

L’imaging con la tomografia ad emissione di positroni (PET) si basa sulla rilevazione della radiazione di annichilazione. La radiazione di annichilazione si verifica quando la materia viene convertita in energia. Questo fenomeno avviene quando un elettrone carico negativamente (negatrone) e un elettrone carico positivamente (positrone, emesso nel corso del decadimento di un radionuclide emettitore di positroni) entrano in contatto. Il positrone/negatrone risultante (materia) scompare e viene sostituito da due fotoni gamma (energia). Mentre gli elettroni sono costituenti fondamentali del nostro mondo fisico, i positroni (o antielettroni) sono molto rari. Sono prodotti dal decadimento di nuclei carenti di neutroni, che non si trovano naturalmente.

Lo sviluppo del ciclotrone negli anni ’30 ha dimostrato che è possibile generare nuovi elementi da un bersaglio con una composizione selezionata di nuclei. Il ciclotrone è l’equivalente della “pietra filosofale” degli alchimisti, poiché può trasmutare un elemento in un altro, facilitando così la separazione del nuovo nucleo dalla matrice del bersaglio. Consente anche la produzione di nuclei carenti di neutroni, ovvero quelli inclini al decadimento del positrone.

All’inizio degli anni ’40, ¹¹C, ¹³N e ¹⁸F (ovvero i principali attori moderni per l’imaging PET) furono i primi radionuclidi prodotti con un ciclotrone sotto forma di composti semplici da utilizzare come traccianti in vivo. Tuttavia, la loro breve emivita fisica e la scarsa capacità di rilevamento per i fotoni di annichilazione ad alta energia di 511 keV (i rivelatori a scintillazione/fotomoltiplicatori non furono inventati fino al 1947) limitarono il loro uso clinico.

Nel frattempo, altri radionuclidi, come ³H, ¹⁴C e ¹³¹I (e successivamente ^99mTc), divennero più ampiamente disponibili, facilitando così l’uso di composti radioattivi per tracciare processi biochimici in vivo. Questi studi di tracciamento dimostrarono che molti processi biochimici avvengono in vivo a un ritmo molto veloce, in modo che la limitazione della breve emivita fisica potrebbe non essere così cruciale come ci si potrebbe aspettare. Parallelamente, furono sviluppati rivelatori a scintillazione più efficienti e elettronica di rivelazione di coincidenza, che migliorarono la sensibilità di rilevamento e la risoluzione spaziale.

I radionuclidi emettitori di positroni “fisiologici”

Oltre ad altre proprietà dei radionuclidi utilizzati per la PET, la tabella riporta per ciascun radionuclide la loro attività specifica teorica e pratica (SA), ovvero l’attività associata al numero di atomi o molecole di interesse; la SA è espressa come Bq/mol, o più comunemente GBq/μmol per ragioni pratiche. La SA è principalmente legata alla diluizione isotopica del radionuclide da isotopi dello stesso elemento, ed è influenzata da fattori chimici (ad esempio, abbondanza, occorrenza naturale e distribuzione di altri isotopi) associati sia alla produzione dei radionuclidi stessi, sia alla loro manipolazione. La SA può riferirsi sia a un precursore radiomarcato che a un prodotto finale, e diminuisce nel tempo trascorso dopo la produzione a causa del decadimento del radionuclide. Qualsiasi prodotto radiomarcato utilizzato in vivo dovrebbe avere un’attività specifica adatta allo scopo previsto, cioè coerente con la concentrazione target in vivo; dovrebbe anche essere presa in considerazione la tossicità o l’attività biologica del composto radiomarcato, specialmente per quanto riguarda agonisti o antagonisti ad alta potenza.

Fonte: Fondamenti di medicina nucleare. Tecniche e applicazioni.