As imagens antes e depois são impressionantes:um paciente com câncer de próstata crivado de tumores metastáticos que desaparecem após apenas três, tratamentos potentes.

"Dois pacientes foram submetidos a esses tratamentos e foram curados, "disse Cathy Cutler, diretor do Programa de Pesquisa e Produção de Isótopos Médicos do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA. "O câncer deles tinha sumido.

"É isso que queremos fazer - fornecer este material para que mais pacientes possam receber este tratamento, " ela disse.

O material é uma molécula marcada com Actinium-225, um isótopo radioativo. Quando projetado para se ligar especificamente a uma proteína na superfície das células cancerosas, a molécula radiomarcada fornece um letal, punch localizado - partículas alfa que matam o câncer com danos mínimos aos tecidos circundantes.

O Actinium-225 só pode ser produzido nas grandes quantidades necessárias para dar suporte a aplicações clínicas em instalações que possuem aceleradores de partículas de alta energia.

"É por isso que vim para Brookhaven, "Cutler disse em uma palestra recente que deu para destacar o trabalho de seu grupo." Podemos fazer esses emissores alfa e isso está realmente dando aos médicos a chance de tratar esses pacientes! "

Redux da radioquímica

O Laboratório de Brookhaven e o Programa de Isótopos do Departamento de Energia têm uma longa história de desenvolvimento de radioisótopos para uso em medicina e outras aplicações. Essas formas radioativas de elementos químicos podem ser usadas sozinhas ou anexadas a uma variedade de moléculas para rastrear e direcionar doenças.

"Se não fosse pelo Departamento de Energia dos EUA e seu programa de desenvolvimento de isótopos, Não tenho certeza se teríamos medicina nuclear, "Cutler disse.

Entre os notáveis ​​sucessos do Brookhaven Lab estão o desenvolvimento nas décadas de 1950 e 60, respectivamente, do gerador de Tecnécio-99m e uma forma de glicose marcada radioativamente, conhecida como ¹⁸ FDG - dois radiotraçadores que revolucionaram as imagens médicas.

Como um exemplo, ¹⁸ O FDG emite pósitrons (primos de elétrons com carga positiva) que podem ser captados por um scanner de tomografia por emissão de pósitrons (PET). Como as células cancerosas de crescimento rápido absorvem glicose mais rápido do que o tecido saudável, os médicos podem usar PET e ¹⁸ FDG para detectar e monitorar a doença.

"FDG mudou a oncologia, "Disse Cutler. Em vez de tomar um medicamento por meses e sofrer efeitos colaterais tóxicos antes de saber se um tratamento está funcionando, "os pacientes podem ser examinados para avaliar o impacto do tratamento nos tumores dentro de 24 horas, e novamente com o tempo, para ver se a droga é eficaz - e também se para de funcionar. "

Operações simbióticas

Enquanto Tc-99m e ¹⁸ FDG agora estão amplamente disponíveis em ambientes hospitalares e usados ​​em milhões de exames por ano, outros isótopos são mais difíceis de fazer. Eles exigem o tipo de acelerador de partículas de alta energia que você só encontra em laboratórios de física de classe mundial.

"Brookhaven é uma das poucas instalações do Programa de Isótopos DOE que pode produzir certos isótopos médicos críticos, "Cutler disse.

O acelerador linear de Brookhaven ("linac") foi projetado para alimentar feixes de prótons energéticos em experimentos de física no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), onde os físicos estão explorando as propriedades dos blocos de construção fundamentais da matéria e as forças por meio das quais eles interagem. Mas porque o linac produz os prótons em pulsos, Cutler explicou, ele pode entregá-los pulso a pulso para diferentes instalações. Operadores no departamento de acelerador-colisor de Brookhaven fornecem pulsos alternados para RHIC e para o produtor de isótopos Brookhaven Linac (BLIP).

"Operamos esses dois programas simbioticamente ao mesmo tempo, "Cutler disse." Nós combinamos nossos recursos para suportar o funcionamento do acelerador linear; é mais barato para os dois programas compartilhar esse recurso do que custaria se cada um de nós tivesse que usá-lo sozinho. "

Ajuste e metas

Os operadores BLIP apontam os feixes precisamente controlados de prótons energéticos em pequenos alvos em forma de disco. Os prótons eliminam as partículas subatômicas dos átomos dos alvos, transformando-os nos elementos radioativos desejados.

"Empilhamos diferentes alvos sequencialmente para fazer uso da energia reduzida do feixe à medida que sai de um alvo e entra no próximo na linha, para que possamos produzir vários radionuclídeos de uma vez, "Cutler disse.

Os alvos transformados passam por processamento químico adicional para produzir um produto puro que pode ser injetado nos pacientes, ou um precursor químico que pode ser facilmente transformado no isótopo ou marcador desejado no local em um hospital.

"Muito do nosso trabalho é dedicado à produção desses alvos, "Cutler disse." Você ficaria chocado com toda a química, Engenharia, e a física necessária para projetar um desses discos - para garantir que ele sobreviva à energia e à alta corrente do feixe, dá a você o isótopo no qual você está interessado com o mínimo de impurezas, e permite que você faça a química para extrair esse isótopo de forma eficiente. "

Cutler supervisionou recentemente a instalação de um novo sistema de "varredura de feixe" projetado para maximizar o uso de materiais alvo e aumentar a produção de radioisótopos. Com esta atualização, uma série de ímãs direciona o feixe de partículas energéticas do BLIP para "pintar" o alvo, em vez de depositar toda a energia em um só lugar. Isso reduz o acúmulo de calor prejudicial ao alvo, permitindo que os operadores aumentem a corrente do feixe e transformem mais material alvo no produto desejado.

Atendendo à crescente demanda

O novo sistema raster e a corrente acelerada ajudaram a aumentar a produção de um dos principais produtos do BLIP, Estrôncio-82, em mais de 50 por cento em 2016. Sr-82 tem uma meia-vida relativamente longa, permitindo que seja transportado para hospitais de uma forma que pode gerar um radiotraçador de curta duração, Rubídio-82, que melhorou muito a precisão da imagem cardíaca.

"Rb-82 imita o potássio, que é absorvido pelos músculos, incluindo o coração, Cutler explicou. “Você pode injetar rubídio em um paciente em um scanner PET e medir a captação de Rb-82 no músculo cardíaco para localizar com precisão as áreas de diminuição do fluxo sanguíneo quando o coração está sob estresse. Então, os cirurgiões podem entrar e desbloquear essa artéria coronária para aumentar o fluxo sanguíneo antes que o paciente tenha um ataque cardíaco. Centenas de milhares de pacientes recebem este teste que salva vidas por causa do que estamos fazendo aqui em Brookhaven. "

BLIP também produz vários isótopos com recursos aprimorados para detectar câncer, incluindo tumores metastáticos, e monitorar a resposta ao tratamento.

Mas aumentar para atender à demanda por isótopos com potencial para curar o câncer pode ser a principal vocação do BLIP - e tem sido um dos principais impulsionadores da carreira de Cutler.

Dirigindo um caminhão de 80 toneladas em um tumor

"Queremos ir além da imagem para a terapia, " ela disse, observando a promessa de projetar moléculas para fornecer radiação que elimina o câncer com extrema precisão.

"Foi aqui que comecei como químico na Universidade de Missouri - projetando moléculas com as cargas certas, o tamanho certo, e as características certas que determinam onde eles vão no corpo para que possamos usá-los para imagens e terapia, "disse ela." Se pudermos direcionar os receptores que são superexpressos nas células tumorais, podemos selecionar imagens dessas células. E se houver um número suficiente desses receptores expressos, podemos entregar radionuclídeos a essas células tumorais de forma muito seletiva e destruí-los. "

Os radionuclídeos que emitem partículas alfa estão entre os isótopos mais promissores porque as partículas alfa entregam muita energia e percorrem distâncias muito pequenas. A entrega direcionada de alfas depositaria doses muito altas - "como dirigir um caminhão de 80 toneladas para dentro de um tumor" - enquanto minimiza os danos às células saudáveis ​​circundantes, Cutler disse.

"Nosso problema não é que não possamos curar o câncer; podemos eliminar o câncer. Nosso problema é salvar o paciente. A toxicidade dos tratamentos em muitos casos é tão significativa que não podemos obter os níveis para matar o câncer sem realmente prejudicar o paciente. Com partículas alfa, por causa da curta distância e alto impacto, eles estão nos permitindo tratar esses pacientes com efeitos colaterais mínimos e dando aos médicos a oportunidade de realmente curar o câncer. "

Argumentando para uma cura

Um tratamento experimental que Cutler desenvolveu usando Lutécio-177 enquanto ainda estava na Universidade de Missouri funcionou favoravelmente no tratamento de tumores neuroendócrinos, mas não chegou ao estado de cura. Actinium-225, um dos isótopos mais difíceis de fazer, tem se mostrado mais promissor, como demonstrado pelos resultados do câncer de próstata publicados em 2016 por pesquisadores do University Hospital Heidelberg.

Agora mesmo, de acordo com Cutler, O Oak Ridge National Laboratory (ORNL) do DOE produz Ac-225 suficiente para tratar cerca de 50 pacientes a cada ano. Mas quase 30 vezes isso é necessário para conduzir os testes clínicos necessários para provar que tal estratégia funciona antes que possa passar do laboratório para a prática médica.

“Com o acelerador que temos aqui em Brookhaven, a experiência em radioquímica, e experiência na produção de isótopos para aplicações médicas, nós - junto com os parceiros do ORNL e do Laboratório Nacional de Los Alamos do DOE - estamos procurando atender a essa necessidade não atendida de distribuir este material aos pacientes, "Cutler disse.