Class notes
Drugs of the central nervous system course notes part 2
- Course
- Institution
Drugs of the central nervous system course notes part 2
[Show more]
Seller
Followlisajansen2
Reviews received
Content preview
Lecture 7 – positrion emission tomography: principles and application in CNS –21-10-‘19
We kijken naar de emissive van positief geladen elektronen. We doen tomography. We kunnen slices
maken met PET imaging door het lichaam.
Anatomical vs molecular imaging:
• Anatomical imaging (CT,MRI, mammogram):
o Location, size
o Not tumor specific
o Therapy effect: evaluation size
o Je kan alleen wat zeggen over de grootte van de tumor bij anatomische imaging.
• Molecular Imaging (PET, SPECT)
o Location, functioning
o Tumor specific
o Therapy effect: change molecular process
o Kan je ook kijken naar de functie. Je kan hier veel specifieker kijken naar weefsels.
Het is ook efficienter om te kijken voor een therapie. Of de therapie werkt.
The first X-ray image:
Eigenschappen van het lichaam bekijken zonder te opereren. De mensen hoefden hiervoor ook niet
dood te zijn.
Fusion of images: PET and CT
PET is gecombineerd met CT tegenwoordig. Zo hebben we de anatomische en de
functionele imaging samen. Linkerventrikel opgelicht want we hebben iets
geïnjecteerd waardoor het radioactief wordt en het oplicht. Glucose gelabeld met
fluor 18. Dit radioactieve deel kan positieve elektronen uitzenden. Hersenen
gebruiken ook veel suiker. Hersenen nemen 20 procent van de glucose. Het hart
heeft ook veel suiker nodig en ook de rapidly growing tissues (tumoren). Tumoren
nemen veel suiker op, daarom lichten tumoren op.
Positron emission tomography:
Unstable nucleus emits positron → positron collides with electron and
annihilates → two gamma-photons, each of 511 keV, in opposite
directions.
We hebben een radioactieve kern die vervalt, vervolgens wordt de
positron losgelaten van de kern. Dan verliest de positron wat energie en
vertraagt het in het weefsel. Positron gaat samen met een elektron. 2
gamma fotonen met een specifieke energie van 511 keV in verschillende
richtingen. Deze 2 gamma fotonen gaan in precies 180 graden in een
verschillende richting. Dit kan je detecteren met een PET camera.
PET-camera:
• Time of flight (TOF)
1
, • Resolution 4-5 mm
• De kern decates met beta cross, vindt een electron en
annihileert. Ring van detectoren. Alleen de 2 gamma’s die
tegelijkertijd worden opgevangen, die worden verwerkt
door de detector. Dus alleen de gamma’s die 180 graden
uit elkaar gaan.
PET-CT
• Combining anatomy and physiology
• Better spatial resolution: 4-5 mm
• Faster acquisition time
• One-stop-shop principle
• Combination with radiotherapy possible
• Bij de nieuwste PET-CT camera is de resolutie hoger en hoef je minder radioactief spul te
injecteren.
• Hoge resolutie van PET-images.
PET applications:
• PET cameras can only detect gamma radiation
• Yet, PET can measure various biochemical and physiological processes
• How can this be possible when we only can measure radioactivty???
Concept of PET:
• The PET tracer determines which process will be measured
• The distribution of the PET tracer is determined by:
o the properties of this compound
o the characteristics of the organ of interest
• For example: a labeled sugar molecule (FDG) will accumulate in tissues with high sugar
consumption (e.g. Brain, Tumor)
• Radiopharmaceuticals bestaan uit 2 delen, pharmaceuticals en radioactief deel. De verdeling
van het drug is afhankelijk van de karakteristieken van het compound en van het weefsel.
Thus, the majority of oncological PET scans can be performed with FDG… but other tracers than
FDG are required for specific applications.
FDG-PET:
Je ziet hier 2 plaatjes waarbij radioactief suiker is ingespoten (FDG: fluor gelabeld suiker).
Je ziet op de linker foto een aantal zwarte punten ter hoogte van de nieren, lever en
blaas. Urine verbruikt niet veel energie, maar het is zo als je een deel inspuit dat ook een
deel uitgescheiden wordt met de urine. Dus een deel van de glucose gaat via de urine
naar de blaas. Is er ook nog iets afwijkends te zien? Deze patiënt heeft slokdarmkanker en
er is een kleine uitzaaiing naar de longen. Door een CT scan over de PET scan te leggen
kun je bepalen of het een weefsel metastase is of toch een bot metastase.
Tracer:
Radiofarmacon = farmacon (organ/tissue) + radionuclide (detection)
→ Pathophysiological process bekijken.
Measuring different properties:
• Glucose metabolism → [18F]FDG
• Amino acid transporter [11C]MET. Deze patient heeft een hersentumor. Als
je ipv FDG een aminozuur gebruikt, zoals methionine, dan kun je op andere
2
, plekken in het lichaam ook de tumoren zien. Minder opname in de hersenen dan glucose,
maar wel veel hogere opname in een tumor. Als het snel groeit, heb je eiwitten nodig. Want
eiwitten zijn bouwstenen van een cel en eiwitten hebben aminozuren nodig. Zo kan je dus
een tumor zien met aminozuur transporter.
• DNA synthesis [18F]FLT → zelfde verhaal als hierboven, andere plekken helemaal geen
signaal. Het is een bouwsteen van DNA waardoor je naar DNA synthese kan kijken. Normale
opname van de hersenen is bijna 0, dat zie je aan de zwarte achtergrond. Want er zitten
geen transporters voor FLT in de bloedhersenbarrière. Normaal gesproken komt er dus geen
radioactiviteit in de hersenen. Alleen als er een lek in de bloedhersenbarrière zit. En dan gaat
het er toch door en hoopt het zich op door de tumor, omdat er daar dan meer DNA synthese
plaatsvindt.
FLT in soft sarcoma:
Voor en na therapie → als je naar CT kijkt, lijkt het alsof de tumor groter wordt.
Dus gebaseerd op CT zeg je, de tumor wordt groter, dus je moet stoppen met de
therapie. Maar als je naar de PET kijkt, dan zie je dat de activiteit van de tumor
veel lager is geworden, dus de therapie werkt wel!
Essential steps for PET:
1. Production of radioactivity → met een korte halfwaardetijd
2. Labeling of the tracer
3. Purification and formulation
4. Quality control
5. Injection of the tracer → na de injectie moeten ze wachten. Mensen moeten zitten want
anders gebruiken de spieren ook suikers en krijg je een slecht beeld.
6. Scan procedure → scan duurt 15-60 minuten.
7. Image reconstruction
8. Data analysis
Alles moet snel, want de radioactieve stiffen hebben een korte halfwaardetijd
Radionuclides for PET: characteristics →
Fluor18 is een goede. Bovenste 5 gebruiken.
Cyclotron
Cyclotron gebruikt om radioactieve kernen te produceren. De cyclotron
versnelt protonen. De protonen vormen een protonbeam. De protonbeam
hitten we op een target. Wanneer we de protonen versnellen, krijgt het een
bepaalde energie. Het krijgt een hoge snelheid en dan raakt het iets, hierdoor
krijg je een onstabiel intermediate en deze vervalt in 2 delen. Hierdoor krijg
je een radioactief iets.
Production of carbon – 11
In het target heb je gas zitten, stikstof-14 (wat ook in de lucht zit). Daar schiet je een
versnelt proton op → proton gaat in feite in die kern zitten → kern wordt instabiel en
vervalt naar een stabielere toestand → koolstof 11 en nog een alfa deeltje, een helium
kern die er ook uitvliegt (4He).
Koolstof-11 gemaakt d.m.v. een kernreactie van een proton met een kern.
Radiopharmaceuticals:
• Considered as medicinal compound
• Small quantities. Je maakt het voor een paar patiënten.
• Developed in academic centers
3
, • Small scale production for in-house use, small patients populations
Radiochemical synthesis: 11C and 18F
• Transport of target material from the cyclotron to the radiochemistry laboratory
• Radiochemistry: conversion of the simple radioactive compounds to the desired tracer
• Radioactive intermediate + Precursor → Radioactive product
Constraints:
• Synthesis time: we werken met kortlevende kernen. We hebben te maken
met decay. We hebben te maken dus met de groene lijn. Na een bepaalde tijd
is alles vervallen.
Hoe langer je verwarmt, hoe meer stof je maakt en hoe meer verval je krijgt.
Dus je moet naar een optimum zoeken, zodat je uiteindelijk ook de maximale hoeveelheid in
handen hebt. 20% opbrengst is hierbij optimaal en daar zijn ze al tevreden mee. Is chemisch
gezien misschien niet fantastisch. Gaat erom dat je genoeg over hebt om een patiënt nog te
kunnen scannen.
• Radiation safety:
o Normaal als je met chemie werkt, werk je in van die zuurkasten. In een PET lab heb je
dat ook, maar ze zien er heel anders uit. Hier werken ze natuurlijk met heel veel
straling, vooral in het begin. Omdat het heel snel vervalt moet je ook met veel
straling beginnen. Zij werken in het begin met 100% meer radioactiviteit dan dat
uiteindelijk de patiënt in gaat. Het lab moeten ze helemaal afschermen met lood, dat
noemen ze hotcellen. Dat zijn loodcellen die helemaal omgeven zijn aan alle kanten
met 5-7 cm lood. Het lood schermt al die radioactiviteit af. Zitten ook wat ramen
voor, dat is loodglas. Is wat dikker en schermt de radioactiviteit af. Je kunt er nog wel
mooi doorheen kijken.
o ALARA: As Low As Reasonable Achievable (zo laag als redelijkerwijs haalbaar is). Je
maakt op maat de hoeveelheid radioactiviteit die je nodig hebt. Je wil de
radioactiviteit waar je aan blootgesteld wordt zo laag mogelijk houden.
o Radiation dose reduction by:
▪ Time of exposure
▪ Shielding
• hotcell
• lead bricks
▪ Distance
• Finger dose
▪ ALARA
Hotcell for routine tracer production
Nucleophilic substitution reactions
Leaving group is electronegative. We hebben een nucleofiel. Nucleofiel kan
negatief zijn of heeft een vrij elektronenpaar. Dit kan het positief geladen
koolstof aanvallen. De leaving group gaat weg en nucleofiel is de nieuwe
groep. Van deze reacties maken we gebruik bij PET.
Preparation of [11C]raclopride:
Precursor linksbovenin, 2 hydroxy groepen. Dan hebben we sodiumhydroxide, dit is
een base. De base wil een proton krijgen. Zuurbase reactive. Proton wordt
opgenomen door NaOH (sodiumhydroxide). Dan krijg je iets wat heel stabiel is, O-
4
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller lisajansen2. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $5.86. You're not tied to anything after your purchase.
Can Stuvia be trusted?
4.6 stars on Google & Trustpilot (+1000 reviews)
53068 documents were sold in the last 30 days
Founded in 2010, the go-to place to buy study notes for 14 years now