18F-3′-fluoro-3′-deoxy-thymidin

Autor rešerše: Ing. Kateřina Kontrová, Ph.D.

Trvalo poměrně dlouhou dobu, než bylo uznáno, že [18F]FDG není zcela ideální tracer pro PET diagnostiku, co se týče odezvy maligních nádorů na léčbu. Chemoterapií vzniká v nádoru i okolní tkáni silný zánět, který významně zvyšuje lokální akumulaci [18F]FDG a tím velice znesnadňuje vyhodnocení progrese či ústupu léčeného tumoru.

18F-3′-fluoro-3′-deoxy-thymidin ([18F]FLT), radioaktivně značená forma pyrimidinového nukleosidu, byl zvolen jako silný kandidát pro monitorování odpovědi na terapii. [18F]FLT se akumuluje v proliferujících buňkách jako marker tyrosinkinázové aktivity, která během buněčného dělení vzrůstá až 10x. Neradioaktivní forma FLT byla poprvé popsána skupinou P. Langena v roce 1969 jako selektivní inhibitor syntézy DNA. FLT označený radioaktivním 18F byl poprvé popsán I. K. Wilsonem v roce 1991 jako nosičové [18F]FLT a v roce 1997 pak J. R. Griersonem jako beznosičové [18F]FLT. Během posledních let bylo publikováno několik dalších přístupů s cílem zvýšit radiochemický výtěžek.

Poprvé byl [18F]FLT použit pro PET zobrazení v roce 1998 A. F. Shieldsem, kdy byl u zvířat a pacientů s nemalobuněčným karcinomem plic zaznamenán specifický nárůst aktivity v proliferujících tkáních, zahrnujících tumory a kostní dřeň.

Vlastnosti

[18F]FLT je analog thymidinu obsahující v poloze 3′ radionuklid fluoru 18F. Fluor 18F se rozpadá emisí pozitronů (β+) s poločasem rozpadu 109,7 minut. Pro diagnostické zobrazování pomocí pozitronové emisní tomografie (PET) jsou nejdůležitější emitované γ fotony s energií 511 ke vzniklé interakcí emitovaných pozitronů s elektrony (tzv. pozitronová anihilace). PET diagnostika s použitím [18F]FLT je velice výhodná metoda pro vyhledávání oblastí ve tkáních se zvýšenou proliferací buněk.

Farmakokinetika

Po prostupu [18F]FLT buněčnou membránou usnadněným transportem pomocí přenašeče nebo pasivní difúzí, projde [18F]FLT fosforylací katalyzovanou cytosolickým izoenzymem thymidinkinázou-1 (TK1). V této monofosforylované formě je zadržován v buňce, substituce v 3′ poloze brání další inkorporaci do DNA. Z tohoto vyplývá, že pomocí PET zobrazení je ve skutečnosti detekována enzymová aktivita TK1. Tato domněnka byla nedávno podpořena také in vitro experimenty na lidské plicní rakovinné buněčné linii A549, u které byla nalezena pozitivní korelace mezi příjmem [18F]FLT a enzymovou aktivitou TK1, z čehož vyplývá, že příjem a akumulace [18F]FLT velice pravděpodobně korespondují se stupněm buněčné proliferace.

U normálních buněk je genová exprese TK1 přísně regulovaným procesem s významným nárůstem během DNA syntézy v S fázi buněčného cyklu, ale u maligně transformovaných buněk dochází k velkému zvýšení exprese, která je následně udržována permanentně během celého buněčného cyklu. Protože několikanásobné zvýšení rychlosti mitózy a proliferace buněk je typickým znakem maligních nádorových buněk, patří [18F]FLT mezi tumor-specifické PET tracery.

Toxicita

Radiační dosimetrie a stanovení toxicity FLT bylo provedeno a publikováno skupinou H. Vessella. Všechny použité dávky pro intravenózní podání [18F]FLT jsou spočítány na základě hmotnosti pacienta s použitím 2,59 MBq/kg (0,07 mCi/kg) a s maximální dávkou 185 MBq (5 mCi). Distribuce [18F]FLT byla zaznamenána homogenní v každém orgánu. Celotělová dávka i dávky pro jednotlivé orgány jsou nižší nebo srovnatelné s ostatními klinicky používanými technikami nukleární medicíny.

Při minimální specifické aktivitě 3,7 GBq/μmol (0,1 Ci/μmol) odpovídá jednorázová aplikace značeného i neznačeného FLT hmotnosti 12,2 μg, což je dávka asi 3000 x nižší než množství, u kterého byly zaznamenány jakékoliv první toxické účinky (např. periferální neuropatie) během klinického použití FLT v rámci antiretrovirové terapie (léčba AIDS). Toxikologická studie [18F]FLT v jednorázové dávce používané pro stanovení proliferace nádorových buněk a odezvy na terapii neprokázala žádné vedlejší efekty na organismus, nedošlo ke změnám ve funkci jater, ledvin, ani neurologických funkcí mozku. U krevních parametrů došlo k lehkému poklesu hematokritu, hemoglobinu a erytrocytů, vysvětlením je však zvýšená hydratace pacientů nitrožilním podáním fyziologického roztoku během vyšetření.

Využití

Onkologické aplikace

Význam použití [18F]FLT pro zobrazení nádorů spočívá jednak ve stanovení proliferace nádorových buněk jako prognostickém faktoru pro řadu tumorů, a dále v detekci snížené schopnosti proliferace nádorových buněk reagujících na léčbu. Tím se stává [18F]FLT PET zobrazení užitečným zejména pro vyhodnocení nádorové odpovědi na probíhající terapii.

  • Rakovina plic

    Již několik vědeckých studií prokázalo, že příjem [18F]FLT pro PET zobrazení koreluje s rychlostí proliferace lidských plicních nádorů. Význam těchto zjištění spočívá zejména v prognostické hodnotě nádorové proliferace nemalobuněčného plicního karcinomu. [18F]FLT-PET zobrazení je hodnoceno pro detekci primárního plicního karcinomu, a to s poměrně vysokou přesností i přesto, že příjem [18F]FLT buňkami plicních nádorů je nižší než příjem [18F]FDG. U studií zahrnujících také benigní nádory se projevuje výrazně vyšší specifita detekce malignicit pomocí [18F]FLT-PET zobrazení v porovnání s [18F]FLT-PET.

    Při posouzení zasažení spádových lymfatických uzlin metastázemi byla specifita [18F]FLT-PET vyšší a citlivost lehce nižší než [18F]FDG-PET. Z těchto údajů lze usoudit, že [18F]FDG-PET v kombinaci s [18F]FLT-PET může vylepšit specifitu pro určení stádia onemocnění (staging) a poskytnout informace o rychlosti růstu nádoru a jeho agresivity, které mají přímý vliv na prognózu a výběr vhodné léčby.

  • Nádory mozku

    Na rozdíl od [18F]FDG je [18F]FLT schopen pouze mírně prostupovat neporušenou hematoencefalickou bariérou mozku a navíc normální mozková tkáň vykazuje pouze nízký stupeň proliferace. Z těchto důvodů má [18F]FLT v mozku při PET zobrazení velmi slabé pozadí. Příjem [18F]FLT je naopak velmi významný u gliomů s vysokým stupněm malignity (high-grade) a jiných mozkových nádorů spojených s porušením hematoencefalické bariéry. Výsledkem je mnohem kontrastnější zobrazení mozkových malignit pomocí [18F]FLT ve srovnání s [18F]FDG. Kvůli omezenému prostupu [18F]FLT přes neporušenou hematoencefalickou bariéru nelze takto detekovat nádory benigní a nádory s nízkým stupněm malignity (low-grade). Příjem [18F]FLT velmi dobře koreluje s mírou rozvoje nádorů, čímž se stává dobrým nástrojem pro neinvazivní stanovení stupně malignity mozkových nádorů.

  • Lymfomy

    Lymfomy vykazují mnohem vyšší příjem [18F]FLT do buněk než ostatní typy maligních nádorů, pravděpodobně také kvůli vysokému podílu výrazně proliferujícíh buněk u agresivních lymfomů. Celkový příjem [18F]FLT je u lymfomů srovnatelný svou velikostí s příjmem [18F]FDG. Vzhledem k vysokému příjmu [18F]FLT normálními buňkami kostní dřeně a k míře účasti kostní dřeně na rozvoji lymfomů, je klinické využití [18F]FLT pro stanovení stádia tohoto onemocnění stále velmi omezené. Byla však nalezena možnost pomocí [18F]FLT-PET zobrazení určit odezvu na chemoterapii u non-Hodgkinských lymfomů a v případě, že lymfom na léčbu nereaguje, změnit flexibilně léčebný režim.

  • Rakovina prsu

    V případě rakoviny prsu lze pomocí [18F]FLT provést časný odhad odezvy nádoru na chemoterapeutickou léčbu. Pokles příjmu [18F]FLT během prvních dvou týdnů mnohem lépe koreluje s  hodnotami tumorového markeru CA27.29 a velikostí nádoru na CT než příjem [18F]FDG, čímž se [18F]FLT stává lepším klinickým indikátorem.

    Ačkoliv je příjem [18F]FLT u primární rakoviny prsu nižší než příjem [18F]FDG, celkový kontrast nádoru a pozadí je kvůli nízkému příjmu [18F]FLT ve zdravé tkáni srovnatelný. Pomocí [18F]FLT-PET lze také úspěšně detekovat zasažení axilárních (podpažních) lymfatických uzlin metastázemi.

  • Rakovina tlustého střeva a konečníku

    Pomocí [18F]FLT-PET zobrazení byl úspěšně detekován nejen kolorektální karcinom, ale také peritoneální a plicní metastázy. V případě detekce jaterních metastáz dochází k problému s vysokou aktivitou pozadí způsobenou jaterní glukuronidací [18F]FLT. Protože játra jsou klíčovým místem pro tvorbu metastáz kolorektálního karcinomu, nelze [18F]FLT spolehlivě použít pro jejich detekci. Možnosti [18F]FLT proto spočívají spíše ve vyhodnocení odpovědi kolorektálního karcinomu na léčbu u pacientů procházejících indukční chemoterapií.

  • Rakovina hlavy a krku

    Příjem [18F]FLT primárními nádory hlavy a krku je nižší než příjem [18F]FDG, i přesto je však spolehlivost detekce pomocí [18F]FLT srovnatelná s [18F]FDG. [18F]FLT-PET zobrazení úspěšně odhalilo metastáze v krčních lymfatických uzlinách, zvýšený příjem byl však zaznamenán také u několika benigních lymfatických uzlin. Tento jev byl způsoben vysokou proliferací B-lymfocytů v germinálních (zárodečných) jádrech lymfatických uzlin.

  • Melanomy

    [18F]FLT-PET zobrazení prokázalo schopnost neinvazivního stanovení stádia zasažení regionálních lymfatických uzlin. Stejně jako v případě rakoviny prsu nebude [18F]FLT pravděpodobně schopno zcela nahradit citlivost lymfoscintigrafie a resekci sentinelových lymfatických uzlin. Také celkové neinvazivní stanovení stádia melanomu zůstane pravděpodobně i nadále doménou [18F]flt-PET/CT.

  • Sarkomy měkkých tkání

    [18F]FLT-PET zobrazení je schopno velice citlivě detekovat sarkomy měkkých tkání a identifikovat další malignity s významným klinickým dopadem. Výsledky příjmu [18F]FLT korelují s mitotickým indexem nádorových buněk před léčbou a mohou tak velmi dobře sloužit k předpovědi klinické odpovědi na léčbu.

Použitá literatura

Toyohara J, Waki A, Takamatsu S, Yonekura Y, Magata Y, Fujibayashi Y: Basis of FLT as a cell proliferationmarker: comparative uptake studies with [3H]thymidine and [3H]arabinothymidine, and cell-analysis in 22 asynchronously growing tumor cell lines. Nucl Med Biol 29(3):281-7, 2002. PubMed

Barthel H, Cleij MC, Collingridge DR, Hutchinson OC, Osman S, He Q, Luthra SK, Brady F, Price PM, Aboagye EO:3′-deoxy-3′-[18F]fluorothymidine as a new marker for monitoring tumor response to antiproliferative therapy in vivo with positron emission tomography. Cancer Res 63(13):3791-8, 2003. PubMed

Vesselle H, Grierson J, Peterson LM, Muzi M, Mankoff DA, Krohn KA: 18F-Fluorothymidine radiation dosimetry in human PET imaging studies. J Nucl Med 44(9):1482-8, 2003. PubMed

Turcotte E, Wiens LW, Grierson JR, Peterson LM, Wener MH, Vesselle H: Toxicology evaluation of radiotracerdoses of 3′-deoxy-3′-[18F]fluorothymidine (18F-FLT) for human PET imaging:Laboratory analysis of serial blood samples and comparison to previously investigated therapeutic FLT doses. BMC Nucl Med 7:3, 2007. PubMed

Salskov A, Tammisetti VS, Grierson J, Vesselle H: FLT: measuring tumor cell proliferation in vivo with positron emission tomography and 3′-deoxy-3′-[18F]fluorothymidine. Semin Nucl Med 37(6):429-39, 2007. Review. PubMed