Foglio informativo: Cos’è la medicina nucleare e l’imaging molecolare?

A differenza degli studi di imaging convenzionali che producono principalmente immagini strutturali, la medicina nucleare e l’imaging molecolare visualizzano come funziona il corpo e cosa succede a livello cellulare e molecolare. L’evoluzione della diagnostica per immagini – dalla produzione di immagini anatomiche all’imaging e alla misurazione dei processi fisiologici del corpo – è criticamente importante per tutti gli aspetti della medicina di oggi, dalla diagnosi delle malattie nella loro fase iniziale e lo sviluppo di terapie più efficaci alla personalizzazione del trattamento medico.

Con l’aiuto della medicina nucleare e dell’imaging molecolare, gli scienziati e gli operatori sanitari stanno:
– ottenendo una migliore comprensione dei percorsi della malattia
– valutando rapidamente nuovi farmaci
– migliorando la selezione della terapia
– monitorando la risposta del paziente al trattamento
– trovando nuovi modi per identificare gli individui a rischio di malattia.

Perché la medicina nucleare e l’imaging molecolare sono unici?

Nell’imaging diagnostico convenzionale, una fonte esterna di energia come i raggi X, i campi magnetici o le onde ultrasonore viene usata per produrre immagini delle ossa e dei tessuti molli. Nelle procedure di medicina nucleare e di imaging molecolare, la fonte di energia viene introdotta nel corpo, dove viene incorporata in uno specifico tessuto, organo o processo e viene poi rilevata da un dispositivo esterno (telecamera gamma, scanner SPECT o PET) per fornire informazioni sulla funzione dell’organo e sull’attività cellulare. Poiché la malattia inizia con cambiamenti microscopici delle cellule, la medicina nucleare e l’imaging molecolare hanno il potenziale di identificare la malattia in uno stadio più precoce e trattabile, spesso prima che l’imaging convenzionale e altri test siano in grado di rivelare le anomalie.

Ottenere queste informazioni uniche senza i test di medicina nucleare e di imaging molecolare richiederebbe procedure più invasive – come la biopsia o la chirurgia – o sarebbe semplicemente irraggiungibile.

Con la loro capacità di identificare i segni precoci della malattia e altre anomalie, la medicina nucleare e l’imaging molecolare offrono il potenziale per cambiare l’assistenza medica da reattiva a proattiva, salvando e migliorando
innumerevoli vite.

Come vengono utilizzate la medicina nucleare e l’imaging molecolare?

La medicina nucleare e l’imaging molecolare stanno giocando un ruolo sempre più importante nella cura dei pazienti, nella ricerca medica e nello sviluppo farmaceutico.

Oggi sono disponibili studi di imaging diagnostico nucleare e molecolare praticamente per tutti i principali organi del corpo. Anche il numero di terapie basate sulla medicina nucleare per il cancro e altri disturbi è in espansione.

La medicina nucleare e l’imaging molecolare sono parte integrante della cura dei pazienti con cancro, malattie cardiache e disturbi cerebrali:
– Il linfoma e il cancro esofageo, del colon e del polmone sono solo alcuni dei molti tipi di cancro per i quali l’imaging nucleare e molecolare può davvero cambiare la direzione e il risultato della cura del paziente.
– La medicina nucleare, attraverso l’imaging di perfusione miocardica, offre un test molto accurato per diagnosticare la malattia coronarica nei pazienti che possono essere a rischio di un attacco di cuore.
– Oltre ad aiutare i medici a diagnosticare la demenza, l’imaging nucleare offre ora agenti di imaging che identificano con successo i cambiamenti precoci nel cervello associati alla malattia di Alzheimer.

Esempi di imaging anatomico (CT) rispetto all’imaging funzionale
(PET). In questo paziente, la TAC (A) è negativa per la recidiva della malattia.
Tuttavia, la PET (B) mostra una macchia che suggerisce una malignità. L’immagine PET/CT
fusione (C) dà un’immagine più chiara di ciò che sta accadendo.
Riferimento: http://jnm.snmjournals.org/content/49/6/938.full

In laboratorio, la medicina nucleare e le tecnologie di imaging molecolare stanno aiutando gli scienziati di diverse discipline a comprendere meglio i percorsi molecolari e i meccanismi delle malattie. Aiutando i ricercatori a valutare rapidamente le nuove terapie, la medicina nucleare e l’imaging molecolare stanno anche contribuendo ad accelerare lo sviluppo di nuovi e più efficaci farmaci.

Come funzionano la medicina nucleare e l’imaging molecolare?

La medicina nucleare e l’imaging molecolare coinvolgono un agente di imaging produttore di segnali (radiofarmaco o sonda) che viene introdotto nel corpo, di solito per iniezione, e un dispositivo di imaging in grado di rilevare e utilizzare i segnali della sonda per creare immagini dettagliate. Le sonde, che sono progettate per accumularsi in un organo specifico o attaccarsi a certe cellule, permettono di visualizzare e misurare l’attività cellulare e i processi biologici.

In medicina nucleare, l’agente di imaging è un composto che include una piccola quantità di materiale radioattivo chiamato radiotracciante. I radiotraccianti (chiamati anche radiofarmaci o radionuclidi) producono un segnale che può essere rilevato da una gamma camera o da uno scanner di tomografia a emissione di positroni (PET).
Le modalità di imaging molecolare non nucleare, tra cui l’imaging ottico e gli ultrasuoni mirati, utilizzano sonde non radioattive come la luce o il suono. La spettroscopia MR utilizza le differenze di magnetismo per misurare i livelli chimici nel corpo senza l’uso di una sonda.

PET Imaging

PET imaging con il radiotracciante FDG è uno dei più importanti strumenti di imaging diagnostico mai sviluppati. La maggior parte degli studi PET oggi sono combinati con studi di tomografia computerizzata (CT) al fine di individuare meglio le aree di attività cellulare anormale.

FDG è un composto simile al glucosio, o zucchero, che si accumula nelle aree del corpo che sono più metabolicamente attive (utilizzando il glucosio ad un tasso elevato). Dopo che l’FDG viene iniettato nel sangue del paziente e lasciato accumulare per un breve periodo, lo scanner PET crea immagini che mostrano la distribuzione del radiotracciante in tutto il corpo, il che aiuta a determinare se sono presenti anomalie. Per esempio, le cellule cancerose altamente attive
mostrano livelli più alti, o “assorbimento”, di FDG, mentre le cellule cerebrali affette da demenza consumano minori quantità di glucosio e mostrano un minore assorbimento di FDG.

Oltre all’FDG, sono disponibili altri radiotraccianti PET per visualizzare una grande varietà di processi cancerosi e non cancerosi.

Immagini SPECT

La tomografia computerizzata a emissione di fotoni singoli (SPECT) è una procedura di imaging molto importante e comune che comporta anche l’iniezione di un radiotracciante nel sangue del paziente, dove si accumula in un organo bersaglio o si attacca a cellule specifiche. Una gamma camera ruota poi intorno al paziente, raccogliendo dati per creare immagini tridimensionali della distribuzione del radiotracciante che rivelano informazioni sul flusso sanguigno e sulla funzione degli organi. Molti studi SPECT sono combinati con studi CT.

Usi della PET e della SPECT

La PET è un potente strumento per diagnosticare il cancro e determinare la gravità e l’estensione del cancro. Le scansioni PET sono uno dei mezzi più efficaci per rilevare una recidiva della malattia.

Le scansioni PET sono anche sempre più utilizzate per valutare rapidamente come un paziente risponde al trattamento del cancro. In alcuni casi, la PET può determinare in pochi giorni se una terapia sta funzionando, mentre ci vorrebbero mesi per valutare un cambiamento nella dimensione del tumore con la TAC.

I ricercatori sperano che le informazioni degli studi PET aiuteranno presto i medici a prevedere quali pazienti risponderanno a uno specifico farmaco chemioterapico. Nuovi radiotraccianti sono stati progettati anche per identificare le condizioni biologiche all’interno del corpo (chiamati biomarcatori) che segnalano la presenza del cancro e per catturare importanti informazioni sui tumori che guideranno i medici nella scelta del piano di trattamento più efficace.

Gli studi PET e SPECT sono regolarmente utilizzati per rilevare blocchi nelle arterie coronarie, valutare i danni muscolari dopo un attacco di cuore e determinare se il cuore sta pompando il sangue in modo adeguato, soprattutto quando è stressato. I nuovi radiotraccianti offrono il potenziale per identificare gli individui a rischio di morte cardiaca improvvisa o che mostrano segni di insufficienza cardiaca congestizia.

Sia la PET che la SPECT sono molto utili per individuare la demenza, valutare il declino cognitivo in corso e identificare l’area del cervello coinvolta nei disturbi convulsivi. I ricercatori che utilizzano nuovi radiotraccianti PET hanno recentemente segnato un importante passo avanti quando hanno identificato i cambiamenti precoci nel cervello associati al morbo di Alzheimer.

Le scansioni PET con agenti di imaging dell’amiloide (come gli agenti recentemente approvati Amyvid®, Vizamyl® e Neuraceq®) rivelano l’estensione e la posizione della placca amiloide nel cervello, che può, insieme a una valutazione clinica e ad altri test diagnostici, aiutare nella diagnosi del morbo di Alzheimer.

La SPECT è anche utile per identificare la posizione e la causa di un ictus, così come le aree del cervello che sono a rischio dopo un ictus. Un radiotracciante recentemente approvato per la SPECT (chiamato DaTscan®) dovrebbe aiutare a valutare la causa dei tremori e a differenziare tra tremore essenziale e sindromi parkinsoniane.

I ricercatori che utilizzano la PET e la SPECT stanno acquisendo nuove conoscenze sulla biologia delle malattie psichiatriche, della tossicodipendenza e dei disturbi neurologici. Capire come i circuiti cerebrali sono alterati nelle persone con disturbi cerebrali è fondamentale per lo sviluppo di nuovi trattamenti e strategie di prevenzione.

Oggi, l’imaging ottico e gli ultrasuoni molecolari mirati sono principalmente in uso nei laboratori di ricerca. Tuttavia, diverse tecnologie ottiche sono in fase di test clinici iniziali e le nuove procedure potrebbero essere disponibili per i pazienti nel prossimo futuro.

Immagini ottiche

Il campo delle immagini ottiche comprende numerose tecnologie che utilizzano la luce per misurare la funzione e le caratteristiche delle cellule. Gli scienziati ingegnerizzano piccole molecole, come le proteine che emettono naturalmente luce, per attaccarsi a specifiche cellule o sostanze chimiche all’interno del corpo. Rilevatori ottici altamente sensibili sono in grado di tracciare il movimento e l’attività di questi agenti di imaging e di misurare come il tessuto assorbe la luce.

Uno strumento essenziale per la ricerca di base, l’imaging ottico ha il potenziale per aiutare i pazienti in futuro:
– individuando il linfoma e il cancro alle ovaie, alla pelle e al seno
– monitorando la risposta del paziente alla terapia
– fornendo farmaci direttamente alle cellule tumorali
– guidando la chirurgia.

Targeted Molecular Ultrasound

L’imaging ultrasonico tradizionale, che utilizza onde sonore ad alta frequenza per produrre immagini dell’interno del corpo, è una procedura di imaging standard con molte applicazioni. Nell’imaging a ultrasuoni molecolare mirato, le microbolle – strutture cave estremamente piccole – o altre particelle microscopiche (chiamate nanoparticelle) servono come agente di imaging. Gli scienziati sono in grado di modificare chimicamente le microbolle per colpire un tessuto specifico all’interno del corpo, dove producono segnali che rivelano informazioni molecolari.

L’ecografia molecolare mirata può essere utile per:
– diagnosticare il cancro al seno, alle ovaie, alla testa e al collo e altri tipi di cancro
– misurare il flusso sanguigno all’interno del cuore e di altri organi
– identificare le malattie delle arterie coronarie e altre anomalie dei vasi sanguigni.

Incapsulando i farmaci nelle microbolle, la tecnologia degli ultrasuoni molecolari mirati ha anche un potenziale come mezzo di somministrazione mirata di farmaci.

Spettroscopia a risonanza magnetica

La spettroscopia a risonanza magnetica (MR) è una variazione della risonanza magnetica convenzionale che fornisce informazioni sulla concentrazione di composti chimici, chiamati metaboliti, all’interno del corpo.
La spettroscopia MR aiuta nella diagnosi e nel trattamento del cancro e dei disturbi metabolici, specialmente quelli che colpiscono il cervello. I ricercatori sperano anche che la spettroscopia MR si riveli utile nel rilevamento di tumori ricorrenti, come guida per la radioterapia e nel distinguere il tessuto maligno da quello sano nel seno e nella prostata.

Terapia

La capacità di targeting cellulare degli agenti di imaging nucleare e molecolare offre un mezzo eccellente per fornire un trattamento. Infatti, una delle prime applicazioni della medicina nucleare – l’ablazione di iodio radioattivo (I-131) – è stata un trattamento di grande successo per il cancro alla tiroide e l’ipertiroidismo per più di mezzo secolo. Nella terapia con radionuclidi mirati I-131 (TRT), lo iodio radioattivo viene introdotto nel corpo e assorbito dalle cellule tiroidee o dalle cellule cancerose della tiroide, dove le uccide.

La TRT viene ora usata per trattare altre forme di cancro e per dare sollievo dal dolore ad alcuni pazienti con cancro alle ossa. Il trattamento del linfoma non-Hodgkin con radioimmunoterapici come Zevalin® è una forma efficace di TRT.

I ricercatori stanno anche lavorando per incorporare farmaci chemioterapici in agenti di imaging progettati per attaccare solo le cellule tumorali, al fine di risparmiare il tessuto sano vicino dagli effetti tossici del farmaco.

La medicina nucleare e l’imaging molecolare sono sicuri? Le procedure diagnostiche di medicina nucleare utilizzano piccole quantità di materiale radioattivo, a volte circa la stessa quantità di radiazioni che una persona riceve in un anno di vita normale. Di conseguenza, il rischio di radiazioni coinvolto in tali procedure è molto basso rispetto ai potenziali benefici.
Gli specialisti di medicina nucleare usano il principio ALARA (As Low As Reasonably Achievable) per selezionare attentamente la quantità di radiotracciante che fornirà un test accurato con la minor quantità di esposizione alle radiazioni per il paziente. Il dosaggio effettivo è determinato dal peso corporeo del paziente, dal motivo dello studio e dalla parte del corpo che viene ripresa. Inoltre, le nuove tecnologie di imaging emergono costantemente per ridurre l’esposizione alle radiazioni dei pazienti, pur mantenendo l’accuratezza diagnostica del test.

Le procedure di medicina nucleare sono state eseguite per più di 50 anni sugli adulti e per più di 40 anni su neonati e bambini di tutte le età senza alcun effetto avverso conosciuto.

Le procedure di medicina nucleare e di imaging molecolare sono coperte dall’assicurazione?

Medicare e le assicurazioni private coprono il costo di molte procedure di medicina nucleare e di imaging molecolare. Dovresti controllare con la tua compagnia assicurativa per informazioni specifiche sul tuo piano.

Qual è il futuro dell’imaging nucleare e molecolare?

Ogni giorno, le procedure di imaging nucleare e molecolare fanno la differenza nella vita dei pazienti contribuendo all’individuazione, alla diagnosi, al trattamento e al monitoraggio delle malattie. Con lo sviluppo di nuove tecnologie e agenti di imaging, molti dei quali sono ora in fase di sperimentazione clinica, la medicina nucleare e l’imaging molecolare promettono di continuare a fornire miglioramenti alla cura del paziente. Le informazioni sugli studi clinici possono essere trovate su www.clinicaltrials.gov e www.discovermi.org. Gli sviluppi all’orizzonte includono:

Hybrid Imaging

La combinazione di due tecniche di imaging chiamate coregistrazione, fusion imaging o imaging ibrido – permette di visualizzare le informazioni di due diversi tipi di scansioni in un unico set di immagini. PET/TC e SPECT/CT, una combinazione di PET o SPECT e CT, sono diventati strumenti diagnostici standard perché forniscono dettagli sia sull’anatomia che sulla funzione di organi e tessuti.
Nuove forme di imaging ibrido sono in uso o in sviluppo, tra cui PET/MR, PET/ultrasuoni, e varie tecnologie ottiche fuse con tecniche di imaging convenzionali.

Nuovi agenti di imaging molecolare e nanoparticelle
Oltre a nuovi agenti di imaging molecolare progettati per rilevare specifici processi tumorali, i ricercatori stanno lavorando su altri agenti, tra cui uno in grado di identificare la placca ad alto rischio nelle arterie del cuore, nonché nanoparticelle attivate dal laser che cercheranno e distruggeranno gli accumuli di grasso.

Biomarcatori
I ricercatori stanno lavorando sull’uso di biomarcatori di imaging molecolare-specifiche condizioni biochimiche nel corpo che possono essere rivelate sulle immagini-che aiuteranno i medici ad adattare il piano di trattamento agli individui e alla loro malattia e valutare rapidamente l’efficacia della terapia. In futuro, gli scienziati sperano che questi biomarcatori possano anche aiutare a rilevare la malattia e identificare i pazienti a rischio.
Il metabolismo del glucosio elevato – un possibile segnale d’allarme di un tumore o di altre funzioni cellulari anormali – è un esempio di un biomarcatore di imaging molecolare attualmente utilizzato dai medici.

Trattamento personalizzato
La medicina nucleare e l’imaging molecolare sono in prima linea nella tendenza verso il trattamento personalizzato del cancro e delle malattie cardiache. Nella cura personalizzata, il trattamento è individualizzato sulla base di specifici marcatori biochimici trovati nel paziente e delle caratteristiche della sua malattia. L’obiettivo è quello di identificare i pazienti per particolari terapie e ottimizzare la risposta del paziente al trattamento, riducendo al minimo gli effetti collaterali.