Noi metode de marcarea moleculară în imagistica PET: un progres major pentru diagnostic și cercetare

Un studiu realizat la Virginia Tech și publicat în Science prezintă o descoperire care poate transforma modul în care sunt concepute și utilizate substanțele marcate pentru imagistica prin tomografie cu emisie de pozitroni (PET). Cercetarea arată că o nouă metodă de atașare a radioizotopilor permite obținerea unor trasori PET mai stabili, mai versatili și adaptați unor ținte biologice până acum inaccesibile.
Imagistica PET reprezintă una dintre tehnicile cele mai avansate pentru explorarea funcționării organelor și țesuturilor la nivel celular. Prin utilizarea unor molecule marcate radioactiv – trasorii PET – medicii pot vizualiza metabolismul tumoral, pot evalua funcția cardiacă sau pot studia activitatea cerebrală în tulburări neurologice. În practică, două radioizotopi domină acest domeniu: carbon-11 și fluor-18. Deși extrem de util, carbon-11 se dezintegrează rapid, în aproximativ 20 de minute, ceea ce limitează fereastra de utilizare. Fluor-18, cu o durată de viață de două ore, este mult mai practic, însă procesul chimic de atașare la molecule complexe a fost o provocare persistentă în radiomedicină.

Grupările trifluorometilice sunt frecvent utilizate în dezvoltarea de medicamente deoarece cresc stabilitatea, potența și biodisponibilitatea compușilor. Totuși, aceste grupări au fost dificil de radiomarcat, ceea ce a împiedicat crearea unor trasori PET care să atingă ținte biologice relevante. Odată cu creșterea numărului de medicamente și molecule bioactive ce includ aceste structuri, absența unei metode eficiente de radiomarcare a devenit o limitare notabilă în dezvoltarea imagisticii PET.

Despre studiu

Echipa condusă de chimistul Wei Liu, în colaborare cu specialistul în neuroimagistică Victor Pike de la Institutul Național de Sănătate Mintală, a dezvoltat o metodă care permite marcarea directă a grupărilor trifluorometilice cu fluor-18 prin utilizarea cuprului ca intermediar reactiv. Procedeul transferă fluor-18 în interiorul grupărilor CF₃ chiar în structuri moleculare complexe, similare medicamentelor deja utilizate clinic. Mai mult, aceeași strategie poate fi adaptată pentru carbon-11, oferind flexibilitate în proiectarea trasorilor.

Abordarea se bazează pe două mecanisme complementare:

• Transfer de halogen prin radicali aromatici, în cazul moleculelor cu halogen la poziția reactivă.
• Decarboxilare fotoredox, în cazul acizilor carboxilici, facilitând radiomarcare la stadii târzii ale sintezei.

Această strategie a permis radiomarcare pentru peste 50 de molecule complexe, incluzând compuși utilizați în cercetare și dezvoltare farmaceutică. Importanța practică este ilustrată de sinteza a două radioliganzi extrem de căutați, [¹⁸F]SL25.1188 și [¹⁸F]PS13, versiuni cu durată de viață mai lungă ale analogilor lor marcați cu carbon-11. Aceste molecule sunt candidate promițătoare pentru imagistica cerebrală la om, în special în studiul receptorilor și proceselor neurochimice relevante pentru tulburările mintale.

Rezultate și implicații

1. Extinderea semnificativă a gamei de trasori PET

Prin depășirea barierei tehnice de radiomarcare a grupărilor trifluorometilice, studiul deschide calea pentru trasee complet noi în dezvoltarea trasorilor. Numeroase procese biologice rămân astăzi insuficient caracterizate deoarece moleculele care le pot ținti nu pot fi radiomarcate eficient. Noua metodă schimbă acest lucru și permite evaluarea în organism a unor ținte care până acum erau inaccesibile pentru PET.

2. Adaptabilitate și eficiență chimică

Metoda funcționează pe o varietate amplă de structuri medicamentoase, menținând integritatea moleculară și permițând radiomarcare într-un număr redus de pași. Acest lucru este esențial, deoarece radioizotopii încep să se dezintegreze imediat după producție, iar sintezele trebuie realizate rapid.

3. Impact asupra diagnosticului și tratamentului

Progresul are implicații directe pentru identificarea timpurie a bolilor și pentru dezvoltarea unor terapii personalizate. Trasorii PET mai sensibili și mai selectivi pot îmbunătăți diagnosticarea precoce în oncologie, neurologie și cardiologie. De asemenea, radiomarcarea unor medicamente existente poate ajuta la evaluarea distribuției lor în organism și la optimizarea dozelor terapeutice.

4. Un posibil nou standard în dezvoltarea trasorilor

Autorii studiului sugerează că metoda poate deveni o platformă de referință pentru viitoarele programe de cercetare. Prin crearea unei legături eficiente între chimia avansată și necesitățile clinice, abordarea poate accelera întregul proces de dezvoltare a trasorilor medicali. Această perspectivă este rezumată de declarația lui Wei Liu, care subliniază potențialul transformator al descoperirii în ceea ce privește întreaga evoluție a domeniului imagisticii PET.

Concluzii

Studiul demonstrează că limitările chimice care au împiedicat radiomarcare anumitor grupări moleculare pot fi depășite prin utilizarea unor strategii inovatoare bazate pe cataliză cu cupru și procese fotoredox. Prin extinderea capacității de marcarea pentru fluor-18 și carbon-11, cercetarea oferă un instrument valoros atât pentru avansul științific, cât și pentru aplicațiile clinice.

Această descoperire nu doar lărgește orizontul imagisticii PET, ci promite și acces la biomarkeri moleculari care pot transforma diagnosticul, monitorizarea și tratamentul unei game largi de patologii.