Tài liệu Nghiên cứu phân bố dược chất phóng xạ 18f sodium fluoride trên động vật thực nghiệm

BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ DƢỢC CHẤT PHÓNG XẠ 18F-SODIUM FLUORIDE TRÊN ĐỘNG VẬT THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN DƢỢC SỸ CHUYÊN KHOA CẤP I HÀ NỘI - 2017 BỘ Y TẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC DƢỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ KIM DUNG NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ DƢỢC CHẤT PHÓNG XẠ 18F-SODIUM FLUORIDE TRÊN ĐỘNG VẬT THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN DƢỢC SỸ CHUYÊN KHOA CẤP I CHUYÊN NGÀNH : Dƣợc lý – Dƣợc lâm sàng MÃ SỐ : CK 60720405 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thùy Dƣơng Thời gian thực hiện: Tháng 05/2017 – Tháng 9/2017 HÀ NỘI - 2017 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, thầy cô và đồng nghiệp. Chính vì vậy, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến: TS. Nguyễn Thùy Dương, Giảng viên Bộ môn Dược lực, Đại học Dược Hà Nội, người thầy đã tận tình dẫn dắt chỉ bảo tôi trong quá trình thực hiện luận văn. PGS.TS. Lê Ngọc Hà, Chủ nhiệm khoa Y học hạt nhân – Bệnh viện TWQĐ 108, người lãnh đạo đã luôn ủng hộ và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình làm việc, học tập và làm khóa luận tốt nghiệp. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học và tập thể các thầy cô giáo Trường Đại học Dược Hà Nội, những người đã tận tâm dạy dỗ, trang bị cho tôi các kiến thức và kỹ năng trong học tập, nghiên cứu trong suốt quá trình học tập tại trường. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình và các bạn đồng nghiệp, những người đã luôn ở bên, quan tâm giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 19 tháng 09 năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Kim Dung MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................1 Chƣơng I. TỔNG QUAN ..........................................................................................3 1.1. DƢỢC CHẤT PHÓNG XẠ TRONG CHỤP XẠ HÌNH XƢƠNG ................3 1.1.1. Khái quát về giải phẫu, sinh lý và thành phần hoá học của xƣơng .......... 3 1.1.2. Dƣợc chất phóng xạ trong y học hạt nhân ................................................ 5 1.1.3. Các dƣợc chất phóng xạ sử dụng chụp xạ hình xƣơng............................. 7 1.2. DƢỢC CHẤT PHÓNG XẠ F-18 SODIUM FLUORIDE SỬ DỤNG CHỤP XẠ HÌNH XƢƠNG BẰNG MÁY CẮT LỚP POSITRON (PET) ........................8 1.2.1. Tình hình nghiên cứu phát triển của 18F-NaF ........................................... 8 1.2.2. Tổng hợp dƣợc chất phóng xạ 18F-NaF .................................................... 9 1.2.3. Đặc tính hoá học, vật lý và dƣợc lý của 18F-NaF ................................... 10 1.2.4. Các ứng dụng của 18F-NaF ..................................................................... 12 1.2.5. Nghiên cứu phân bố 18F-NaF trên động vật thực nghiệm ...................... 17 1.3. THIẾT BỊ GHI HÌNH PET VÀ MÁY ĐO HOẠT ĐỘ PHÓNG XẠ ...........18 1.3.1. Nguyên lý ghi hình của hệ thống PET và PET/CT ................................ 18 1.3.2. Nguyên lý máy đo gamma phông thấp sử dụng detector HPGe ............ 20 Chƣơng II. NGUYÊN VẬT LIỆU, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP ..........23 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu......................................................................................23 2.1.1. Dược chất phóng xạ 18F-NaF: .............................................................. 23 2.1.2. Chuẩn bị dược chất nghiên cứu: ............................................................ 23 2.2. Phƣơng tiện nghiên cứu .................................................................................23 2.2.1. Động vật thí nghiệm ............................................................................... 23 2.2.2. Hoá chất: ................................................................................................ 24 2.2.3. Thiết bị nghiên cứu ................................................................................. 24 2.3. Nội dung nghiên cứu......................................................................................25 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ..............................................................................25 2.4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu phân bố hoạt tính phóng xạ 18F-NaF ở xƣơng và một số cơ quan trên chuột thực nghiệm....................................................... 25 2.4.2. Phƣơng pháp đánh giá đặc điểm phân bố phóng xạ trên xạ hình 18F-NaF PET/CT trên thỏ thực nghiệm .......................................................................... 28 2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu: ............................................................................31 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................32 3.1. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18 F-NaF ở xƣơng và một số cơ quan trên chuột thực nghiệm ..........................................................................................................32 3.1.1. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18F-NaF ở xương theo thời gian ................. 33 3.1.2. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18F-NaF ở mô cơ theo thời gian .................. 34 3.1.3. Tỷ lệ phân bố hoạt độ phóng xạ 18 F-NaF ở xương và mô cơ theo thời gian ................................................................................................................... 35 3.1.4. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18F-NaF ở máu theo thời gian ..................... 36 3.1.5. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18F-NaF ở gan theo thời gian...................... 37 3.1.6. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18F-NaF ở thận theo thời gian .................... 38 3.2. Đặc điểm phân bố 18F-NaF trên hình ảnh PET/CT thỏ thực nghiệm ............39 3.2.1. Phân bố 18 F-NaF ở hệ thống xương trên xạ hình PET của thỏ thực nghiệm .............................................................................................................. 39 3.2.2. So sánh bán định lượng hoạt độ phóng xạ 18 F-NaF trên hình ảnh PET/CT ở thỏ thực nghiệm theo thời gian ...................................................... 41 Chƣơng 4. BÀN LUẬN ...........................................................................................47 4.1. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18 F-NaF ở xƣơng và một số cơ quan trên chuột thực nghiệm ..........................................................................................................47 4.2. Đặc điểm phân bố 18F-NaF trên hình ảnh PET/CT ở thỏ thực nghiệm .........50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................53 1. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18F-NaF ở xƣơng và một số cơ quan trên chuột thực nghiệm...................................................................................................................53 2. Đặc điểm phân bố 18 F-NaF trên hình ảnh PET/CT ở thỏ thực nghiệm ...........53 3. Kiến nghị .................................................................................................. 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Cơ chế tập trung các dƣợc chất phóng xạ trong cơ thể ..............................6 Bảng 1.2. Đặc tính vật lý của hạt nhân phóng xạ phát positron trong y học hạt nhân .......................................................................................................................7 Bảng 1.3. Phân rã và mức năng lƣợng của F-18 .......................................................11 Bảng 1.4. So sánh đặc tính dƣợc phóng xạ của 18F-NaF và 99mTc-MDP ...............14 Bảng 1.5. Một số nghiên cứu so sánh giá trị của xạ hình xƣơng bằng dƣợc chất phóng xạ 18F-NaF và 99mTc-MDP .............................................................................17 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Các thành phần của mô xƣơng ...................................................................3 Hình 1.2. Hình ảnh xạ hình xƣơng 18F-NaF PET......................................................15 Hình 1.3. So sánh xạ hình xƣơng 99mTc-MDP và 18F-NaF PET ...............................16 Hình 1.4. Cơ chế ghi hình PET .................................................................................19 Hình 1.5. Mô hình và qui trình chuẩn ghi hình PET/CT. .........................................20 Hình 1.6. Hệ phổ kế gamma phông thấp HPGe ........................................................22 Hình 2.1. Hình ảnh chuột và thỏ thực nghiệm ..........................................................24 Hình 2.2. Hình ảnh quá trình tiêm (A) và mổ chuột thực nghiệm ............................26 Hình 2.3. Hình ảnh lấy mẫu và đo hoạt độ phóng xạ tại mô, tổ chức. ......................27 Hình 2.4. Hình ảnh ghi hình 18F-NaF PET/CT trên thỏ ............................................29 Hình 2.5. Hình ảnh minh hoạ cách đo mức độ hấp thu 18F-NaF trên hình ảnh PET/CT của động vật thực nghiệm. ..........................................................................31 Hình 3.1. Hoạt độ phóng xạ và sự thay đổi theo thời gian ở các mô, cơ quan động vật thực nghiệm .........................................................................................................32 Hình 3.2. Sự biến đối về mức độ bắt giữ 18 F-NaF ( ở xƣơng theo thời gian .....................................................................................................................33 Hình 3.3. Sự thay đổi hoạt độ phóng xạ theo thời gian ở cơ ....................................34 Hình 3.4. Sự thay đổi tỷ lệ hoạt độ phóng xạ của xƣơng/cơ theo thời gian .............35 Hình 3.5. Sự biến đổi hoạt độ phóng xạ 18F-NaF trong máu theo thời gian .............36 Hình 3.6. Đặc điểm bắt giữ 18F-NaF ở gan theo thời gian ........................................37 Hình 3.7. Đặc điểm bài tiết 18F-NaF ở thận theo thời gian .......................................38 Hình 3.8. Hình ảnh phân bố phóng xạ 18F-NaF ở hệ thống xƣơng trên xạ hình PET ở thỏ thực nghiệm. ........................................................................................................39 Hình 3.9. Mức độ hấp thu 18 F-NaF ở xƣơng và cơ quan, tổ chức trên hình ảnh PET/CT (tại thời điểm 45 phút sau tiêm DCPX). .....................................................40 Hình 3.10. So sánh mức độ bắt giữ 18F-NaF ở các xƣơng chi và xƣơng trục ...........41 Hình 3.11. Đặc điểm hấp thu 18F-NaF ở các xƣơng trục ..........................................42 Hình 3.12. So sánh hoạt độ 18 F-NaF ở các xƣơng chi trên và chi dƣới theo thời gian .....................................................................................................................43 Hình 3.13. Mức độ bắt giữ 18 F-NaF ở xƣơng và phông cơ thể theo thời gian trên hình ảnh PET/CT .......................................................................................................44 Hình 3.14. So sánh tỷ lệ hoạt độ phóng xạ 18F-NaF ở xƣơng và phông cơ thể theo thời gian trên hình ảnh PET/CT ................................................................................45 Hình 3.15. Đặc điểm phân bố 18 F-NaF ở xƣơng, các mô, cơ quan và phông cơ thể .........................................................................................................................46 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DCPX : Dƣợc chất phóng xạ HA: Hydroxyapatite F-18: Fluorine-18 FDA (Food and Drug Administration): Cục quản lý Thuốc và Thực phẩm Hoa Kỳ Tc-99m MDP: Tc-99m methylene diphosphonate Tc-99m HEDP: Tc-99m hydroxyethylidenediphosphonate Tc-99m HMDP hoặc HDP: Tc-99m hydroxymethylene diphosphonate TLC (Thin Layer Chromatography): Sắc ký bản mỏng HPLC (High Performance Liquid Chromatography): Sắc ký lỏng hiệu năng cao MCA (Multi Channel Analyzer): Máy phân tích đa kênh MRI (Magnetic Resonance Imaging): Cộng hƣởng từ PET (Positron Emission Tomography): chụp cắt lớp positron SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography): chụp cắt lớp đơn photon CT (Computed Tomogarphy): Chụp cắt lớp vi tính %ID (Percentage uptake of injected dose): Phần trăm hoạt độ liều tiêm trong mô hoặc cơ quan ID%/g (Percentage uptake of injected dose per gram of organ): Phần trăm hoạt độ liều tiêm trong một gam mô hoặc cơ quan SD (Standard Deviation): Độ lệch chuẩn ĐẶT VẤN ĐỀ Các tổn thƣơng ở xƣơng bao gồm các bệnh lành tính nhƣ chấn thƣơng, cốt tuỷ viêm, gãy xƣơng, viêm khớp ... và bệnh lý ác tính nhƣ ung thƣ xƣơng nguyên phát, di căn xƣơng là những bệnh thƣờng gặp trong thực hành lâm sàng. Chụp xạ hình xƣơng toàn thân (whole-body bone scan) trên máy gamma camera bằng Tc99mMDP là kỹ thuật y học hạt nhân kinh điển cung cấp các thông tin về mức độ và diện tổn thƣơng di căn xƣơng [12],[14]. Tuy nhiên, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là độ đặc hiệu không cao, độ phân giải không gian của xạ hình xƣơng Tc99m-MDP không cho phép đánh giá các tổn thƣơng nhỏ có đƣờng kính dƣới 1 cm, độ nhạy của phƣơng pháp thấp đối với tổn thƣơng dạng huỷ xƣơng. PET/CT sử dụng 18 F- Sodium fluoride (18F-NaF PET/CT) cho phép chụp cắt lớp toàn thân với độ phân giải cao hơn, phân tích kết hợp hình ảnh về cấu trúc trên chụp cắt lớp vi tính (Computed Tomography) với các biến đổi chuyển hoá của tổ chức xƣơng trên hình ảnh PET (Positron Emission Tomography) và định vị chính xác hơn, đánh giá sớm các tổn thƣơng .... Chính vì vậy, hiện nay 18 F-NaF PET/CT hứa hẹn trở nên một phƣơng pháp chụp hình y học hạt nhân có độ nhạy và độ đặc hiệu cao trong chẩn đoán sớm các tổn thƣơng ở hệ thống xƣơng, đặc biệt là phát hiện các bệnh lý xƣơng - khớp và u xƣơng ác tính nguyên phát, di căn xƣơng [14], [16]. Dƣợc chất phóng xạ (DCPX) 18 F-NaF (hay 18 F-Sodium fluoride) đã đƣợc nghiên cứu lần đầu tiên bởi Blau và cộng sự để chụp hình xƣơng toàn thân. Nhờ những đặc tính ƣu việt nhƣ hấp thu nhanh và có độ tập trung cao ở xƣơng nên chỉ chƣa đến một giờ sau khi tiêm 18F-NaF đã cho phép thu nhận hình ảnh toàn bộ hệ thống xƣơng với chất lƣợng cao [17], [23]. Ngay từ năm 1972, 18F-NaF đã đƣợc cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Hoa kỳ (FDA) cho phép sử dụng [16],[29]. Trong vài năm gần đây, các hệ thống cyclotron đƣợc lắp đặt và đi vào sử dụng ở Việt nam cho phép sản xuất và điều chế phát triển các DCPX gắn F-18, trong đó có 18F-NaF. Do đồng vị F-18 có thời gian bán huỷ ngắn (110 phút) nên chúng ta không thể nhập khẩu. 18 F-NaF cũng là DCPX nên đƣợc nghiên cứu, sản xuất vì giá thành không cao, không tốn kém nhiều nguyên liệu, có thể thay thế đƣợc Tc99m-MDP để chẩn 1 đoán các bệnh lý xƣơng - khớp bằng chụp 18F-NaF PET/CT. Đến nay, chƣa có cơ sở nào sản xuất đƣợc DCPX 18 F-NaF ở Việt Nam. Trung tâm Cyclotron và Khoa Y học hạt nhân, Bệnh viện Trung ƣơng Quân đội 108 là cơ sở sản xuất, điều chế DCPX và ứng dụng lâm sàng ở nƣớc ta. Năm 2016, trung tâm đã thiết kế module tổng hợp và bƣớc đầu thử nghiệm điều chế thành công 18F-NaF lần đầu tiên ở Việt Nam. Tuy nhiên, để đƣa DCPX 18F-NaF chuyên biệt cho chụp xạ hình xƣơng bằng PET/CT trong lâm sàng, bên cạnh việc phân tích, kiểm nghiệm các đặc tính lý hoá và phóng xạ của 18 F-NaF sau khi đƣợc tổng hợp, DCPX này cần đƣợc đánh giá phân bố thử nghiệm trên động vật và chụp hình 18 F-NaF PET/CT. Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài "Nghiên cứu phân bố dược chất phóng xạ 18F-NaF trên động vật thực nghiệm" với các mục tiêu nghiên cứu nhƣ sau: - Đánh giá phân bố hoạt độ phóng xạ 18F-NaF trên hệ thống xƣơng và một số cơ quan ở chuột thực nghiệm. - Phân tích đặc điểm phân bố phóng xạ thỏ thực nghiệm. 2 18 F-NaF dựa vào hình ảnh PET/CT ở Chƣơng I. TỔNG QUAN 1.1. DƢỢC CHẤT PHÓNG XẠ TRONG CHỤP XẠ HÌNH XƢƠNG 1.1.1. Khái quát về giải phẫu, sinh lý và thành phần hoá học của xƣơng Giải phẫu và sinh lý của xương Xƣơng gồm các chất cơ bản là protein và nhiều ion vô cơ, đặc biệt là phosphat canci. Xƣơng là một mô sống có các tế bào xƣơng và đƣợc cung cấp nhiều mạch máu. Có hai loại xƣơng cơ bản là xƣơng xốp và xƣơng đặc. Xƣơng xốp (spongy bone) ở phần trung tâm của xƣơng, gồm một mạng lƣới các thỏi cứng, khoảng giữa chúng đƣợc lấp đầy chất dịch. Phía ngoài của xƣơng có các xƣơng đặc (compact bone), những phần cứng của chúng xuất hiện nhƣ một khối liên tục và có những xoang rất nhỏ. Xƣơng đặc đƣợc hợp thành từ những đơn vị cấu trúc gọi là hệ Havers (Haversian system) chạy dọc suốt chiều dài của xƣơng [2]. Hình 1.1. Các thành phần của mô xƣơng [2] Mỗi đơn vị có hình trụ và đƣợc hợp thành từ các lớp chất nền có chứa canxi sắp xếp đồng tâm quanh một ống Havers (Haversian canal) ở trung tâm. Các mạch máu và các dây thần kinh đi qua những ống này. Các tế bào xƣơng nằm trong các xoang nhỏ trong chất nền gian bào và đƣợc nối bởi một hệ thống các ống cực nhỏ (canaliculi) xuyên ngang qua các lớp chất nền. Sự trao đổi chất giữa các tế bào 3 xƣơng và các mạch máu trong ống Havers diễn ra trong những ống cực nhỏ này. Nếu cắt ngang qua vùng ống xƣơng sẽ thấy đƣợc một vòng của hệ thống Haversian, mỗi vòng có một lỗ, một ống trung tâm. Nếu cắt qua một vùng xƣơng xốp sẽ thấy nhiều phần phức tạp hơn vì chúng đƣợc sắp xếp theo nhiều hƣớng khác nhau [1]. Sự khác nhau về hình dạng và kích thƣớc của xƣơng là do mỗi loại xƣơng phải thực hiện những chức năng khác nhau nhƣng về cấu trúc thì chúng đều tƣơng tự. Xƣơng phải đủ mạnh để có thể nâng đỡ đƣợc cơ thể nhƣng cũng cần phải đủ nhẹ để có thể dễ dàng chuyển động đi lại đƣợc. Hệ thống xƣơng đƣợc phân loại dựa vào hình dạng và vị trí. Dựa theo vị trí, hệ thống xƣơng có thể đƣợc phân loại theo hai phần chính là các xƣơng trục và xƣơng tứ chi. Hệ thống xƣơng trục bao gồm hai phần, phần một là các xƣơng hộp sọ, xƣơng móng, xƣơng nhỏ của tai và phần hai gồm xƣơng thân nhƣ xƣơng cột sống, xƣơng sƣờn và xƣơng ức. Dựa vào hình dạng, xƣơng đƣợc phân ra thành xƣơng dài, xƣơng ngắn, xƣơng dẹt và xƣơng hỗn hợp. Tuy nhiên, phân loại đƣợc sử dụng phổ biến nhất vẫn là phân loại theo vị trí [1]. Ngoài việc nâng đỡ cơ thể, xƣơng còn là nơi sản xuất ra hồng cầu cho máu. Chính xác hơn tuỷ xƣơng là chất giống nhƣ thạch ở bên trong ống xƣơng sinh ra hồng cầu [1]. Thành phần hoá học của xương Thành phần hoá học của xƣơng gồm 2 phần là chất vô cơ làm cho xƣơng cứng rắn và chất hữu cơ làm cho xƣơng dẻo dai. Thành phần vô cơ trong xƣơng là các muối khoáng vô cơ, chủ yếu là hydroxyapatite (HA) có công thức [Ca10 (PO4)6 (OH)2]. Đây là dạng tinh thể của tricalci phosphate, calci carbonate và một số lƣợng ít của magie hydroxyl, fluoride và sulphate để tạo ra cho xƣơng đặc trƣng riêng, là mô duy nhất trong số tất cả mô có độ cứng đặc biệt và chịu đƣợc lực nén. Các muối khoáng trong xƣơng có rất nhiều loại, chiếm tới 65% trọng lƣợng xƣơng và 2/3 chất nền (matrix) của xƣơng. Nhìn chung, thành phần của xƣơng tƣơi ở ngƣời trƣởng thành gồm chất hữu cơ chiếm 28%, là một chất keo dính gọi là chất cốt 4 giao (osseine) và chất vô cơ chiếm khoảng 72%, trong đó chủ yếu là nƣớc (chiếm khoảng 50%) và muối canxi xấp xỉ 20% [1]. Tính chất vật lí của xƣơng do thành phần hoá học của xƣơng quy định và đƣợc biểu hiện dƣới hai phƣơng diện độ cứng và tính đàn hồi. Độ cứng của xƣơng khá lớn chủ yếu là do muối canxi. Chất hữu cơ quy định tính đàn hồi của xƣơng [1]. 1.1.2. Dƣợc chất phóng xạ trong y học hạt nhân Khái niệm về dược chất phóng xạ Thuật ngữ hạt nhân phóng xạ (radionuclide) dùng để chỉ những nguyên tử mang tính phóng xạ. Khi một hạt nhân phóng xạ đƣợc kết hợp với một phân tử hóa học có các đặc tính nhất định thì đƣợc gọi là hóa chất phóng xạ (radiochemical) [12]. Thuật ngữ dƣợc chất phóng xạ (DCPX) hay thuốc phóng xạ (radiopharmaceutical) dùng để chỉ các hợp chất phóng xạ khi đƣa vào cơ thể cho phép thể hiện các đặc điểm sinh lý, hoá sinh hoặc sinh lý bệnh mà không hề gây nên các biến đổi chức năng của tổ chức, cơ quan đó. Chúng cũng đƣợc coi nhƣ là các chất đánh dấu phóng xạ (radiotracer) vì với liều lƣợng nhỏ, không gây biến đổi dƣợc học và đƣợc “đánh dấu” vào quá trình sinh lý và bệnh lý trong cơ thể. Hầu hết các DCPX là sự kết hợp của một phân tử có hoạt tính phóng xạ cho phép phát hiện từ bên ngoài với phân tử có hoạt tính sinh học hoặc thuốc có chức năng nhƣ một chất mang đƣợc tập trung và phân bố trong cơ thể [12],[14]. Các DCPX phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu pháp lý và đƣợc các cơ quan thẩm quyền phê duyệt để đƣa vào cơ thể ngƣời bệnh. Tại Hoa kỳ, các DCPX đều phải đƣợc chấp thuận của Cục quản lý Thực Phẩm và Dƣợc phẩm (FDA) trƣớc khi đƣa vào sử dụng trong lâm sàng [14], [28]. 5 Bảng 1.1. Cơ chế tập trung các dƣợc chất phóng xạ trong cơ thể [14] Cơ chế Các ứng dụng Tập trung tại các khoang, lòng mạch máu Ghi hình bể máu, ghi hình bàng quang trực tiếp Khuyếch tán thụ động (phụ thuộc vào Ghi hình tổn thƣơng hàng rào máu nồng độ) não, độ lọc cầu thận Tắc nghẽn tại mao mạch Ghi hình tƣới máu phổi Rò rỉ từ các khoang, lòng mạch máu Xuất huyết dạ dày - ruột, phát hiện rò đƣờng niệu hoặc đƣờng mật Chuyển hoá Đƣờng, axit béo Vận chuyển tích cực Xạ hình đƣờng mật, chức năng ống thận, xạ hình tuyến giáp, xạ hình tuyến cận giáp Liên kết hoá học và hấp thu Xạ hình xƣơng Tập trung trong tế bào Ghi hình lách (hồng cầu bị tổn thƣơng), xạ hình bạch cầu Xạ hình tuỷ thƣợng thận, xạ hình thụ Gắn và tập trung tại các thụ cảm thể thể somatostatin Thực bào Ghi hình hệ võng nội mô Kháng nguyên - kháng thể Ghi hình khối u Cơ chế kết hợp Tƣới máu và vận chuyển tích cực Đánh giá tƣới máu cơ tim Vận chuyển tích cực và chuyển hoá Độ tập trung và xạ hình tuyến giáp Vận chuyển tích cực và bài tiết Xạ hình đƣờng mật, xạ hình tuyến nƣớc bọt Sản xuất hạt nhân phóng xạ Những hạt nhân phóng xạ trong tự nhiên có thời gian bán rã dài, các nguyên tố nặng, độc hại bao gồm uranium, actinium, thorium, radium và radon … đều 6 không đƣợc sử dụng trong chẩn đoán y học hạt nhân. Các hạt nhân phóng xạ đƣợc sử dụng trong y học hạt nhân đƣợc sản xuất từ máy gia tốc vòng cyclotron, lò phản ứng hạt nhân và máy phát xạ (generator) [14]. Sự bắn phá các hạt nhân nguyên tử có khối lƣợng trung bình bằng các neutron năng lƣợng thấp trong lò phản ứng hạt nhân (kích hoạt neutron) tạo nên các nhân phóng xạ giàu neutron phân rã beta trừ. Ví dụ nhƣ Mo-99 đƣợc tạo ra bởi phản ứng phân hạch. Quá trình bắn phá proton các bia hạt nhân trong cyclotron tạo nên nhân phóng xạ giàu proton phân rã positron hoặc bắt giữ electron. Bảng 1.2. Đặc tính vật lý của hạt nhân phóng xạ phát positron trong y học hạt nhân [12]. Hạt nhân Thời gian Cường độ Phạm vi di Phương pháp phóng xạ bán rã năng lượng chuyển sản xuất vật lý positron trong mô (phút) (MeV) mềm (mm) Carbon -11 20 0,96 4,1 Cyclotron Nitrogen – 13 10 1,9 5,4 Cyclotron Oxygen – 15 2 1,73 7,3 Cyclotron Fluorine – 18 110 0,635 2,4 Cyclotron Gallium – 68 68 1,9 8,1 Máy phát Ge 68 Rubidium– 82 1.3 3,38 15 Máy phát Sr-82 1.1.3. Các dƣợc chất phóng xạ sử dụng chụp xạ hình xƣơng Xƣơng chứa đựng những chất vô cơ nhƣ tinh thể calcium hydroxyapatite [Ca10 (PO4)6 (OH)2], collagen và mạch máu. Do vậy, khi gặp chấn thƣơng hoặc bị bệnh, xƣơng có thể tự tái tạo và sửa chữa liên tục. Quá trình sinh lý này có thể đƣợc ghi hình thông qua sử dụng các dƣợc chất phóng xạ tập trung ở hệ thống xƣơng [3],[14],[16]. Từ lâu, ngƣời ta đã phát hiện ra nhiều đồng vị và dƣợc chất phóng xạ tập trung ở hệ thống xƣơng. Radium-226 là đồng vị phóng xạ đầu tiên ra đời từ những 7 năm 1920. Sau đó, nhiều đồng vị phóng xạ khác đã đƣợc nghiên cứu và thử nghiệm nhƣ phospho-32, gallium, barium, samarium, strontium. Gallium-67 vẫn còn đƣợc sử dụng để ghi hình nhiễm trùng và khối u. Ion Fluorine-18 tƣơng tự nhƣ ion hydroxyl đƣợc phát hiện trong canxi hydroxyapatite và tập trung ở xƣơng [16]. Một dƣợc chất phóng xạ lý tƣởng để chụp xạ hình xƣơng cần đáp ứng đƣợc những yêu cầu nhƣ giá thành hợp lý, độ ổn định và tập trung nhanh tại xƣơng cao, đào thải nhanh khỏi tổ chức mô mềm, thích hợp về thời gian chụp hình và chất lƣợng hình ảnh xƣơng, liều bức xạ thích hợp [27],[29]. Trong thực hành y học hạt nhân, các DCPX đƣợc nghiên cứu và sử dụng chủ yếu là Tc-99m gắn với diphosphonate là Tc-99m methylene diphosphonate (Tc-99m MDP) sử dụng trong chụp xạ hình xƣơng thông thƣờng bằng gamma camera SPECT và 18 F-NaF là một DCPX sử dụng chụp hình cắt lớp positron (PET) và PET/CT, mới đƣợc nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới gần đây [5],[16]. 1.2. DƢỢC CHẤT PHÓNG XẠ F-18 SODIUM FLUORIDE SỬ DỤNG CHỤP XẠ HÌNH XƢƠNG BẰNG MÁY CẮT LỚP POSITRON (PET) 1.2.1. Tình hình nghiên cứu phát triển của 18F-NaF Dƣợc chất phóng xạ 18 F-NaF (hay còn gọi là 18 F-sodium fluoride) đã đƣợc nghiên cứu từ thập niên 1960 bởi Blau và cộng sự để chụp hình xƣơng toàn thân [17]. Nhờ những đặc tính ƣu việt nhƣ hấp thu nhanh và tập trung cao ở xƣơng nên chỉ chƣa đến một giờ sau khi tiêm 18F-NaF, chúng ta đã có thể ghi nhận đƣợc hình ảnh xạ hình xƣơng có chất lƣợng cao. Ngay từ năm 1972, 18F-NaF đã đƣợc cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Hoa kỳ (FDA) cho phép sử dụng. Tuy nhiên, tại thời điểm đó, công nghệ PET và PET/CT chƣa ra đời nên ngƣời ta chỉ có thể ứng dụng chụp xạ hình 18 F-NaF trên các máy gamma camera SPECT truyền thống. 18 F-NaF phát ra các photon bức xạ 511 KeV có năng lƣợng cao không thích hợp với chụp hình điện toán sử dụng các đầu đo chứa tinh thể nhấp nháy NaI (Tl) của các hệ thống gamma camera SPECT. Bên cạnh sự hạn chế của kỹ thuật chụp hình bằng máy gamma camera SPECT ở thời điểm đó, thời gian bán rã của 18F-NaF ngắn (110 phút) khiến cho 18 F-NaF không đƣợc ƣa chuộng vì có rất ít trung tâm cyclotron. Trong giai đoạn này, sự phát triển các máy phát 99Mo/99mTc đã thúc đẩy sử dụng các 8 dƣợc chất phóng xạ gắn Tc99m thích hợp cho việc ghi hình xƣơng trên các thế hệ máy gamma camera SPECT. Chính vì vậy, từ những thập niên 70 – 80 của thế kỷ 99m Tc gắn với các polyphosphat và pyrophosphat, đặc biệt là 20, 99m Tc-methylen diphosphonat (MDP) đã đƣợc sử dụng rộng rãi để ghi hình xƣơng. Kết quả là xạ hình xƣơng Tc99m-MDP đƣợc chụp trên máy gamma camera SPECT đã trở thành một phƣơng pháp phổ biến trong chẩn đoán các bệnh lý xƣơng khớp và có độ nhạy khá cao trong phát hiện di căn xƣơng trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, xạ hình xƣơng Tc99m-MDP ghi hình trên máy gamma camera SPECT có một số nhƣợc điểm nhƣ độ phân giải không cao, tỷ lệ bắt giữ DCPX giữa xƣơng và mô mềm còn thấp, thời gian thải trừ của DCPX khỏi mô mềm chậm khiến độ tƣơng phản không cao, định vị tổn thƣơng khó khăn và độ đặc hiệu chẩn đoán của xạ hình xƣơng còn hạn chế… Trong những năm gần đây, thế giới đang đứng trƣớc nguy cơ thiếu hụt nguồn cung 99m cấp Tc do nhiều lò hạt nhân sắp hết hạn vận hành và nguồn molypden (nguyên liệu sản xuất generator 99 Mo/99mTc) ngày càng khan hiếm. Trong khi đó, nhu cầu bệnh nhân chụp xạ hình xƣơng trong chẩn đoán các bệnh lý xƣơng khớp và di căn xƣơng ngày càng tăng khiến cho việc sản xuất các DCPX sử dụng chụp xạ hình xƣơng 18 F-NaF càng trở nên một vấn đề cấp thiết. Đặc biệt, sự phát triển và phổ biến của công nghệ PET và PET/CT, cyclotron trong khoảng 10 năm gần đây khiến cho việc ứng dụng các DCPX phát positron nhƣ 18F-NaF ngày càng trở nên khả thi hơn [16], [18], [20]. 1.2.2. Tổng hợp dƣợc chất phóng xạ 18F-NaF - Tạo nguyên liệu [18F] để tổng hợp 18F-NaF Trƣớc đây, [18F] đƣợc sản xuất từ lò hạt nhân, sử dụng phản ứng hạt nhân có 2 bƣớc với bia Li2CO3 nhƣ sau: 6 Li + n 3 3 18 H + 16O H + 4He F+n Hiện nay, hầu hết [18F] đƣợc dùng trong lâm sàng đƣợc sản xuất từ máy gia tốc vòng (cyclotron), sử dụng bia làm giàu 18 9 O-H2O. Bia đƣợc chiếu xạ trên chùm proton của máy gia tốc và hạt nhân phóng xạ 18 18 F sinh ra từ phản ứng hạt nhân O(p,n)18F: 18 18 O+p F+n Bia nƣớc Oxy (18O-H2O) đạt tiêu chuẩn đầu vào, độ giàu 98% và đƣợc chuẩn bị theo quy trình chuẩn. Hiệu suất của phản ứng hạt nhân này khá cao và tạo ra một lƣợng lớn [18F] sau khi bắn bia trong vòng 2 giờ [16],[18],[23]. - Các bước tổng hợp 18F-NaF [18F] sau khi đƣợc tạo ra từ trong lò hạt nhân hay từ máy gia tốc đƣợc vận chuyển sang module tổng hợp hoá tự động theo sơ đồ tổng hợp sau: H2O, NaCl 0,9 % [18F] Cột CM Cột QMA Lọc vô khuẩn Sản phẩm 18F-NaF Đầu tiên, nƣớc giàu oxy-18 bị bắn phá bằng proton tạo ra [18F] và đƣợc vận chuyển qua một cột trao đổi cation CM để bắt giữ các tạp chất có trong quá trình bắn bia do vật liệu làm bia cũng bị bắn phá và tạo ra một số đồng vị phóng xạ không mong muốn. Sau đó, dung dịch chứa [18F] đi qua một cột trao đổi anion QMA, [18F] sẽ bị bắt giữ trên cột QMA. Tiếp theo, rửa cột QMA bằng nƣớc sạch nhằm loại bỏ các tạp chất tan trong nƣớc trong khi [18F] vẫn đƣợc giữ trên cột QMA. Tiếp đến, dung dịch NaCl đẳng trƣơng 0,9 % (hoặc có thể dùng dung dich Na2CO3) sẽ đi qua cột QMA để tạo thành 18 F-NaF. Sản phẩm tạo thành đƣợc đi qua một màng lọc khuẩn trƣớc khi cho vào lọ sản phẩm cuối cùng. Bƣớc cuối là chia liều để kiểm nghiệm và chia liều đơn cho từng bệnh nhân hay liều tổng cho các cơ sở PET ở xa trung tâm cyclotron. Tất cả các bƣớc trên đều đƣợc thực hiện tự động và điều khiển từ xa nhằm đảm bảo an toàn bức xạ cho những ngƣời làm việc trong môi trƣờng bức xạ cũng nhƣ đạt hiệu suất cao trong tổng hợp hóa phóng xạ [12], [18]. 1.2.3. Đặc tính hoá học, vật lý và dƣợc lý của 18F-NaF - Đặc tính hoá học của 18F-NaF: 18 F-NaF là một chất phóng xạ phát positron (chứa đồng vị phóng xạ F-18) dùng để chụp xạ hình PET đƣợc sử dụng cho mục đích chẩn đoán và đƣợc tiêm tĩnh 10 mạch. F-18 là thành phần có hoạt tính của dƣợc chất phóng xạ này. Với công thức phân tử là Na [18F] ứng với trọng lƣợng phân tử là 40.99, dƣợc chất phóng xạ có cấu trúc hóa học là Na+18F- [21],[28]. - Đặc tính vật lí của 18F-NaF: F-18 phân rã positron (β +) và có thời gian bán hủy là 109,7 phút. 97% sự phân rã cho một positron với năng lƣợng tối đa là 633 keV và 3% phân rã gây ra bắt giữ điện tử và phát xạ tia X đặc trƣng cho oxy. Các photon có vai trò quan trọng trong chẩn đoán hình ảnh là photon 511 keV, kết quả từ sự tƣơng tác của positron phát ra với một điện tử. Nguyên tử Fluorine F-18 phân rã tạo 18O bền vững [4], [25]. Bảng 1.3. Phân rã và mức năng lƣợng của F-18 [4] Bức xạ / phát xạ % trên phân rã Năng lƣợng trung bình Positron (β +) 96,73 249,8 keV Gamma (±) 193,46 511,0 keV - Đặc điểm dược lý của 18F-NaF: Fluoride F-18 ion thƣờng tích tụ trong xƣơng một cách khá đồng đều. Tuy nhiên, sự tích tụ ở xƣơng trục (ví dụ nhƣ xƣơng cột sống và xƣơng chậu) lớn hơn ở các xƣơng khác và sự lắng đọng tại xƣơng bao quanh khớp và các khớp xƣơng lớn hơn ở các trục xƣơng dài. Lƣợng F-18 tăng sẽ tập trung trong xƣơng xảy ra ở những vùng xƣơng đang tăng trƣởng mạnh, nhiễm trùng, ác tính (nguyên phát hay di căn) sau chấn thƣơng hoặc viêm xƣơng ... Sau khi tiêm tĩnh mạch, F-18 nhanh chóng đƣợc thải trừ khỏi huyết tƣơng theo hàm mũ. Giai đoạn đầu tiên có thời gian bán hủy 0,4 giờ và pha thứ hai có thời gian bán hủy 2,6 giờ. Về cơ bản, toàn bộ F-18 đƣợc chuyển đến xƣơng theo đƣờng máu và đƣợc bắt giữ lại trong xƣơng. Một giờ sau khi tiêm F-18, chỉ có khoảng 10% liều tiêm còn lại ở trong máu. F-18 khuếch tán qua các mao mạch quanh xƣơng vào dịch khoang ngoại bào ngoài xƣơng và xảy ra sự hấp thu hóa học ở bề 11