Radiofarmaci Radiocomposti, che, una volta introdotti nell’organismo sotto forma di semplici radionuclidi o di molecole radiomarcate, si comportano come traccianti di un determinato fenomeno biologico permettendo, attraverso l’impiego di appositi rilevatori, di produrre immagini diagnostiche o di calcolare parametri funzionali inerenti al sistema in esame. Questi radiocomposti vengono detti radiofarmaci e sono classificati come specialità medicinali. Essi sono pertanto caratterizzati dalla struttura chimica, dalla forma farmaceutica e dal radionuclide marcante.

Dalle proprietà del radionuclide dipendono la possibilità di sintesi del radiofarmaco, la sua stabilità, l’efficienza di rilevazione e la radioesposizione del paziente. Le caratteristiche ideali di un radionuclide sono: emissione monoenergetica γ tra 100 e 200 KeV T ½ breve trasformazione in un nuclide stabile alte attività specifica e purezza radionuclidica pronta disponibilità e basso costo di produzione proprietà chimiche facilitanti il legame con molecole di interesse biologico.

Purezza radionuclidica: rapporto, espresso percentualmente, tra l’attività di pertinenza del radionuclide considerato e quella totale della sorgente Purezza radiochimica: rapporto, espresso percentualmente, tra attività del radionuclide considerato presente nella forma chimica dichiarata e l’attività totale del medesimo radionuclide presente nella sorgente Purezza chimica: rapporto, espresso percentualmente, tra massa della materia presente sotto al forma dichiarata e massa totale della materia contenuta nella sorgente

Reazione di fusione nucleare La produzione di radionuclidi avviene sulla base di processi diversi non tutti i quali hanno rilievo in Medicina Nucleare (es. la reazione di fusione). Reazione di fusione nucleare Unione di nuclei leggeri a formare una atomo pesante, avviene solitamente accelerando a velocità estremamente elevata le particette e si ha produzione di energia (reazione esoergonica). 2H + 2H → 3He + n + 3.22 Mev 1 1 2

Processo di fissione Processo esoergonico nel quale si ha la scissione di un nucleo pesante in due frammenti più o meno eguali (prodotti di fissione). Può avvenire spontaneamente o può essere provocato dalla cattura da parte del nucleo di particelle bombardanti, in primo luogo i neutroni. I prodotti di fissione hanno in genere un numero atomico che va dal 42 (molibdeno) al 56 (bario). La reazione avviene in reattore nucleare, è il metodo di produzione del 99Mo.

Attivazione neutronica Uno dei metodi più comuni per la produzione di radionuclidi a scopi medico-nucleari. Implica la cattura di un neutrone in un nucleo stabile con conseguente emissione di fotoni gamma. Il prodotto è sempre un isotopo dell’elemento bersaglio con numero di massa aumentato di una unità, 197Au + n → 198Au + γ

Il radionuclide prodotto sarà sempre una miscela di nuclide instabile e di nuclide stabile definito carrier. Divengono pertanto di fondamentale importanza i concetti di “quantità ponderale” ed “attività specifica”.

Trasmutazione Trasformazione di un nuclide in un nuclide di un elemento diverso mediante reazione nucleare, ad esempio estraendo, tramite bombardamento con neutroni veloci, un protone dal nucleo. Permette di ottenere radionuclidi “carrier-free”, potendo essere il nuclide padre e quello figlio separabili con tecniche chimiche standard. 32S + n → 32P + p 16 15

Generatori Sistemi di produzione di elementi radioattivi che permetteno di disporre di radionuclidi a vita breve sfruttando un fenomeno fisico detto “stato di equilibrio transitorio”. Di fatto un radionuclide ad emivita relativamente lunga (padre) si trasforma continuamente per decadimento radioattivo in un radionuclide (figlio) a vita nettamente più breve. Dopo un certo periodo si raggiunge uno stato di equilibrio per cui appare che la velocità di disintegrazione del figlio sia uguale a quella del padre.

Pertanto, se le caratteristiche chimico-fisiche dei due radionuclidi sono tali da poter essere separati facilmente, è possibile disporre del figlio per un periodo di tempo che dipende dal tempo di dimezzamento (più lungo) del padre. 100 50 PADRE PADRE FIGLIO

Generatore 99Mo / 99mTc Il generatore 99Mo / 99mTc è quello di maggiore impiego in medicina nucleare. E’ costituito da una colonna cromatografica costituita da un cilindro di vetro contenenete allumina (Al2O3). Su di essa è adsorbito il “nuclide padre” sotto forma di molibdato (99MoO4)- .

Generatore 99Mo / 99mTc La colonna è fornita alle estremità di una via di accesso attraverso la quale è possibile far percolare della soluzione fisiologica che permette di asportare (eluire) il 99mTc che si è formato per decadimento. Infatti il 99mTc sotto forma di pertecnetato (99mTcO4)- è solubile mentre il molibdato no, la soluzione si raccoglie poi nella fiala sotto vuoto.

Generatori Una volta avvenuta l’eluizione la concentrazione di 99mTc sulla resina va aumentando progressivamente sino a raggiungere nuovamente lo stato di equilibrio, il processo di rigenerazione richiede circa 24 ore.

Generatori Per capire il fenomeno possiamo paragonare il funzionamento di un generatore ad un flusso d’acqua tra due serbatoi di cui uno con capienza pari alla metà dell’altro. I fori di uscita sono uguali e pertanto l’intensità del flusso è proporzionale all’altezza della colonna d’acqua. Al momento dell’eluizione iniziale entrambi i serbatoi sono pieni e le intensità di flusso sono le stesse. Dopo la prima eluizione il serbatoio B si svuota sino al 20% della sua capienza. A Padre B Figlio

Generatori Il flusso di uscita del serbatoio B si riduce proporzionalmente, il serbatoio A resta invece pieno e con flusso inalterato. Grazie a questo fenomeno il serbatoio B andrà via via riempiendosi sino a che il sistema non tornerà in equilibrio. 15

Generatori Ogni eluizione eseguita prima del suddetto tempo avrà un rendimento inferiore a quello ottenibile attendendo le 24 ore. Ripetute eluizioni anticipate possono però consentire di ottenere un rendimento netto totale superiore. Esistono generatori cosiddetti “ad umido” ed “a secco”, i secondi garantiscono un eluato più puro per l’assenza , a livello della colonna, di residui di soluzione salina con conseguente produzione di agenti ossidanti (radicali liberi) che possono interferire con i processi di marcatura.

Tecnezio Il tecnezio (dal greco technetos, artificiale) fu scoperto da Carlo Perrier ed Emilio Segrè in Italia nel 1937. I ricercatori lo individuarono in un campione di molibdeno inviato loro da Ernest Lawrence. Il campione era stato bombardato con nuclei di deuterio nel ciclotrone dell'Università della California di Berkeley trasformandolo in 97Tc. Il tecnezio è stato il primo elemento prodotto artificialmente.

Chimica del Tecnezio Un radiofarmaco marcato con Tc costituisce un composto di coordinazione (o complesso) metallo di transizione + leganti 99mTc cloro bromo azoto ammoniaca acqua aminoacidi

99mTc → numero di coordinazione → 4 – 5 – 6 – 7 Chimica del Tecnezio Un metallo è in grado di fare un numero notevole di legami di coordinazione con altrettanti leganti. Tale numero è definito numero di coordinazione. 99mTc → numero di coordinazione → 4 – 5 – 6 – 7

Chimica del Tecnezio I leganti possono essere a loro volta collegati tra loro da catene di atomi: 2 leganti = legante bidentato o chelante 3 leganti = legante tridentato 4 leganti = legante quadridentato 20

Chimica del Tecnezio Ogni complesso può essere descritto da un particola solido geometrico ottenuto congiungendo le posizioni dei vari atomi e ponendo il metallo al centro. Le geometrie ottaedrica e piramidale sono quelle che più frequentemente si riscontrano nei complessi di tecnezio utilizzati come agenti diagnostici.

Chimica del Tecnezio Altro parametro importante è costituito dal numero (stato) di ossidazione del metallo. Nel caso del tecnezio consente di conoscere la carica elettrica totale del complesso. Permette inoltre di stabilire quale sia il metodo di marcatura più efficiente per giungere alla preparazione di un determinato radiofarmaco 22