prof. Leszek Królicki, fot. WUM
Medycyna nuklearna jest samodzielną dziedziną medycyny wykorzystującą w diagnostyce i leczeniu promieniowanie jonizujące emitowane przez radioizotopy. Jej rozwój opiera się na osiągnięciach z zakresu fizyki, chemii, biologii. Jej tajniki i historię przybliża prof. Leszek Królicki, kierownik Zakładu Medycyny Nuklearnej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, konsultant krajowy w dziedzinie medycyny nuklearnej.
Współczesna medycyna, zarówno w zakresie diagnostyki, jak i terapii, wymaga szczegółowych informacji dotyczących nie tylko zmian morfologicznych (zmian w budowie narządów), ale także tłumaczących przyczynę ich występowania i zaburzeń, które powodują. Tak więc, aby poznać przyczynę choroby, musimy poznać przyczynę zaburzeń w funkcjonowaniu narządu, komórki; przyczynę zmian na poziomie molekularnym. Medycyna nuklearna jest obecnie jednym z najważniejszych narzędzi w badaniach funkcjonalnych.
Metody medycyny nuklearnej wyróżniają się na tle innych dostępnych technik diagnostycznych wyjątkową czułością. W medycynie nuklearnej możliwe jest stwierdzenie „in vivo” zmian w stężeniu wybranej substancji chemicznej już wówczas, gdy sięgają one 10-11 mol. Bardzo dobrym przykładem jest diagnostyka choroby Parkinsona. W początkowym okresie tego schorzenia obserwuje się zmniejszenie stężenia przekaźników synaptycznych (dopaminy) o około 10-11mol, co można już stwierdzić z zastosowaniem technik medycyny nuklearnej – wiele lat przed wystąpieniem pierwszych objawów klinicznych choroby!
Medycyna nuklearna jest efektem współpracy naukowców wielu dziedzin nauki. Wielu z nich zostało laureatami nagrody Nobla. W tym miejscu należy podkreślić przede wszystkim osiągnięcia Ireny Joliot-Curie oraz Fryderyka Joliot, które były kamieniami milowymi w powstaniu medycyny nuklearnej. Małżonkowie Joliot opisali, jak w sposób sztuczny w warunkach laboratoryjnych można otrzymać zaprojektowany wcześniej radioizotop. Warto podkreślić, że radioizotopy otrzymywane dzięki badaniom małżonków Joliot są obecnie stosowane w milionach procedur medycznych rocznie. Ich użycie ratuje miliony chorych.
Aby zastosować niewidzialne promieniowanie w medycynie, konieczne okazało się skonstruowanie urządzeń, które mogłyby je mierzyć i obrazować jego rozkład w organizmie. Pierwsze tego typu urządzenie zostało skonstruowane w 1950 roku przez Benedicta Cassena. Był to scyntygraf liniowy. Drugim urządzeniem była gamma kamera scyntylacyjna, skonstruowana przez Hala Angera w 1952 roku. Obydwa aparaty opierały się na zjawisku scyntylacji i scyntylatorach połączonych z fotopowielaczami czyli lampami próżniowymi pozwalającymi na zamianę scyntylacji (błysku świetlnego) na prąd elektryczny.
Odkryciem o niezwykle istotnym znaczeniu dla medycyny nuklearnej było stwierdzenie istnienia pozytonu (antycząstki elektronu), za które w 1933 roku Nagrodę Nobla otrzymał Paul Dirac (ściślej: za odkrycie, że elementarne cząstki antymaterii mogą mieć ładunek dodatni lub ujemny). Kolejnym kamieniem milowym w historii wybitnych osiągnięć naukowych, które złożyły się na podwaliny medycyny nuklearnej było zdefiniowanie zjawiska anihilacji i pomiar promieniowania pozytonowego metodą koincydencji, dokonane przez Richarda P. Feynmana i nagrodzone Nagrodą Nobla w 1965 roku. Wszystkie te osiągnięcia stały się podstawą do wprowadzenia nowej – niezwykle ważnej – technologii w medycynie: pozytonowej tomografii emisyjnej.
Dwa wstępne doniesienia o możliwościach zastosowania promieniowania pozytonowego w medycynie zostały opublikowane niezależnie od siebie w 1951 roku. Dotyczyły one diagnostyki guzów mózgu. Szczegółową publikację na temat zastosowania wykrywania koincydencji do lokalizacji guzów mózgu opublikowali G. Brownell i W. Sweet z Massachusetts General Hospital (MGH) w 1953 r. Autorzy zastosowali 74As w diagnostyce guzów mózgu. Możliwe było lokalizowanie zmian chorobowych w mózgowiu (wykazywały one zwiększoną radioaktywność w porównaniu do prawidłowych obszarów mózgowia). Na tej samej zasadzie działają obecnie stosowane środki kontrastowe w badaniach TK czy MRI.
W latach trzydziestych XX wieku wiadomo już było, jak ważną rolę w czynności tarczycy odgrywa jod. Badano, czy radioizotopy jodu mogłyby służyć do diagnostyki i leczenia schorzeń tego gruczołu. Przełomowy okazał się dzień 12 listopada 1936 roku, kiedy to odbywało się wspólne sympozjum lekarzy i fizyków z udziałem profesora Karla Comptona. Prof. K. Compton zadał słynne pytanie: Co fizyka może zrobić dla biologii i medycyny? Dr S. Hertz, ówczesny dyrektor Kliniki Schorzeń Tarczycy w Massachusetts General Hospital, zadał w odpowiedzi swoje pytanie: Czy możliwe jest otrzymywanie sztucznie radioaktywnego jodu? Okazało się, że możliwe jest uzyskiwanie radioaktywnego jodu w cyklotronie. Cyklotronowy 128I charakteryzował się jednak bardzo krótkim czasem półtrwania (28 minut) i jego zastosowanie w klinice byłoby niemożliwe.
Zwrócono się z tego powodu do Gleena Seeborga (kolejnego Noblisty związanego z medycyną nuklearną). Zapytano badacza: czy możliwe byłoby uzyskanie radioaktywnego jodu o czasie półtrwania około 7 dni, który emitowałby promieniowanie gamma/beta? Okazało się to możliwe. Tak wprowadzono do praktyki klinicznej jod-131 (stosowany do tej pory). Jest to prawdopodobnie pierwszy i jedyny radioizotop stosowany w medycynie, otrzymany ściśle zgodnie z receptą lekarską.
W historii medycyny nuklearnej należy podkreślić nazwisko radiobiologa Józefa Rotblata, który zapisał się w historii medycyny nuklearnej. Jako pierwszy (kilka lat przed skonstruowaniem scyntygramu) uzyskał obraz tarczycy po podaniu pacjentowi radioaktywnego jodu, stosując zewnętrzny pomiar radioaktywności za pomocą skolimowanego licznika Geigera. Józef Rotblat jest więc prekursorem technik obrazowych stosowanych do dziś w medycynie nuklearnej. Medycyna nuklearna pozwala obecnie na rozpoznanie schorzenia, ocenę ryzyka nawrotu choroby, planowanie leczenia i kontrolę efektywności prowadzonej już terapii.
Medycyna nuklearna to także metoda skutecznego leczenia szeregu schorzeń, przede wszystkim onkologicznych.
Oprac. em/, fot. WUM
Data publikacji: 23.08.2022 r.
