Nukleærmedisin – kreftbehandling med radioaktivitet!

Skrevet av Siri Olsen

KJM3900 prosjektoppgave våren 2017

I 2014 var det over 30 000 personer i Norge som fikk kreft (1). For å drepe kreftcellene må man hindre at de vokser. Kreftceller trenger, som alle andre celler, sukker og oksygen for å bli flere. Kreftcellene vokser ofte i et mye raskere tempo enn friske celler og «spiser» derfor mer enn de friske cellene i kroppen. Dette utnyttes i konvensjonell kreftbehandling, for eksempel cellegift og strålebehandling. Cellegiften tas opp i kreftcellene og hindrer dem i å vokse og å formere seg. Ulempen er at cellegiften og strålebehandling også påvirker de friske cellene.

Nuklide Atomer med bestemt antall protoner og nøytroner Isotop To stoffer med like mange protoner i kjernen (samme grunnstoff), men ulikt antall nøytroner. 

Flere legemiddelfirmaer jobber med å utvikle nye metoder for kreftbehandling, kalt radiofarmasøytiske medisiner. Radiofarmasøytiske medisiner er legemidler som unytter energien som blir frigitt når en radioaktiv atomkjerne, en radioaktiv isotop, sender ut radioaktiv stråling.

Kreft og antistoffer

Grunnen til at man får kreft er at DNA i cellene blir skadet eller ødelagt. Dette kan blant annet skje på grunn av stråling. Det er denne egenskapen ved den radioaktive strålingen som utnyttes i kreftmedisinen, ettersom det er energien i strålingen som dreper kreftcellene ved å ødelegge DNA-tråden i cellekjernen. Og i motsetning til cellegift, som må trenge inn i cellen for å drepe den, virker radioaktive stoffer fra overflaten.

Non-Hodgkins lymfom Kreftsykdom som opptrer i lymfekjertlene og beinmargen. Ca. 900 nye tilfeller i Norge hvert år. Ca halvparten blir i dag kurert.   " height="166" hspace="12" src="file:///C:\Users\hansvl\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.png" vspace="5" width="213" />Når man produserer kreftmedisiner er det ønskelig å kun drepe kreften og ikke vevet rundt eller cellene i resten av kroppen. For å sikre at medisinen kommer dit den skal, kan man bruke antistoffer. Et antistoff er som en puslespillbit som kun passer et eller veldig få steder i kroppen. Disse kalles antigener. Vårt naturlige immunforsvar benytter seg av antigener og antistoffer i sitt forvar av kroppen. Antistoffene sitter på overflaten av alle cellene i kroppen, også kreftceller. Ved å undersøke hvilke antigener kreftcellene har, så kan man tilpasse kreftmedisinen til å ha antistoffene som passer på disse antigenene.

Forskere har utviklet en metode der de bruker den radioaktive nukliden thorium-227 for å kurere non-Hodkins lymfom (2)! Dette gjør de ved å ved å feste Th-227 til et antistoff, som brukes av kroppens eget immunforsvar, og på denne måten angripe kreftcellene svært effektivt.

Det er selvfølgelig ikke sånn at vi kjenner alle antigenene til alle mulige kreftceller og krefttyper og dermed helt enkelt og greit kan lage antistoffer som passer perfekt til den spesifikke kreften. Hadde det vært mulig hadde vi allerede kurert kreft! Men det er mange antigener som er identifisert for flere ulike krefttyper som kan utnyttes når man lager kreftmedisiner.

Strålingstype

keV (1000 eV) Elektronvolt er en enhet for energi. 1 eV er ca 1,6⋅〖10〗^(-19) Joule (J), dvs 0,000 000 000 000 000 000 16 J. Til sammenligning så trenger man 1 J for at en 1 W LED-pære skal lyse 1 sekund.  

Det er flere grunner til at thorium-227 egner seg som kreftmedisin. Blant annet på grunn av egenskapene til typen stråling den sender ut. Radioaktive kilder sender ut tre ulike typer stråling; alfa-, beta- og gammastråling. Alfapartikler er heliumkjernen, to protoner og to nøytroner. Betapartikler er elektroner og gammastråling er elektromagnetisk stråling (EMS). Thorium-227 er en alfaemitter. Det vil si at Th-227 desintegrerer ved å sende ut en alfapartikkel og gammastråler med energi på 236 keV. Da omdannes Th-227 til Ra-223.

Flere tidligere nukleære medisiner mot kreft har benyttet betaemittere som iod-131 (behandling av forhøyet stoffskifte) og yttrium-90 (behandling av leverkreft) sammen med antistoffer. Men de senere årene har forskere fokusert mer på alfaemittere i kreftmedisinen (3, 4). Dette er på grunn av fordelene med alfapartikler i kroppen.

Ettersom alfapartikler består av to protoner og to nøytroner, er det en veldig stor partikkel sammenlignet med betapartikkelen, som kun består av et elektron. Se for deg at du står i en skog med to kuler; en klinkekule og en stor bowlingkule. Klinkekula representerer betapartikkelen og bowlingkula representerer alfapartikkelen. Først så kaster du klinkekula i en tilfeldig retning vekk fra deg. Klinkekula er liten og kan enkelt bevege seg ganske langt før den treffer et tre eller en annen hindring. Tenk deg så at du kaster bowlingkula. Denne ballen er stor og tung og vil ganske snart treffe et tre eller noe annet på veien. Den vil heller ikke bevege seg særlig langt fra der du kastet den fra. Den vil også, mest sannsynlig, lage større skade på det den treffer enn klinkekula.

Figur 1 Kreftcelle med antigen på overflaten blir angrepet av et antigen med den radioaktive isotopen Th-227. 

La oss gå tilbake til alfa og betapartiklene og se på hvilken betydning dette har. Alfapartikler er store og vil lett kollidere med andre molekyler i kroppen. Dermed vil de ikke kunne bevege seg langt fra kilden før den avgir energien sin. Betapartikler derimot, er små partikler som lett vil kunne bevege seg langt fra kilden før den avgir energien. Siden energien som frigis ved utsendelse av alfastråling er større enn energien fra betastråling, er sannsynligheten også større for at den klarer å drepe kreftcellen. Energien blir også fordelt på et mindre område i kroppen. Dette gir alfapartikler en fordel over betapartikler i nukleærmedisin ettersom de skader mindre av det friske vevet rundt kreftsvulsten. Siden Th-227 er en alfaemitter har den derfor lokalvirkende effekt og frigir mer energi i kreftsvulsten enn en potensiell betaemitter (5). Dette gjør at den egner seg veldig godt til nukleærmedisin.

 

Halveringstid

Når man skal utvikle nukleærmedisin er det viktig å ta hensyn til isotopens halveringstid. Halveringstiden er hvor lang tid det tar før halvparten av den originale mengden med radioaktive materiale er omdannet til et nytt stoff. Halveringstiden er forskjellig fra nuklide til nuklide og variere fra brøkdelen av et sekund til millioner av år.

Figur 2 Th-227 produseres ved desintegrasjon av Ac-227 ved utsendelse av en betapartikkel. Th-227 blir til Ra-223 ved utsendelse av en alfapartikkel. 

For nukleærmedisinske nuklider må man vurdere flere ting. Siden medisin sjelden blir injisert direkte til stedet der kreften er, men i blodet, bruker den litt tid på å finne riktig sted i kroppen. Har nukliden for kort halveringstid vil en stor del av materiale ha sendt ut energien sin (desintegrert) før den når kreftsvulsten. Dette vil føre til at det blir større skade på friskt vev enn det som er ønskelig. Det som også er viktig å huske på når det kommer til kroppen, er at alt du putter inn på et eller annet tidspunkt skal ut igjen. Har nukliden for lang halveringstid vil for lite stråling frigis til kreftsvulsten før medisinen forsvinner fra kroppen og man oppnår ikke ønsket effekt. Tiden kroppen bruker på å «kvitte seg» halvparten av det radioaktive stoffer den har tatt til seg kalles for biologisk halveringstid. Denne er uavhengig av nuklidens halveringstid.

Thorium-227 har en halveringstid 18,7 dager. Dette gir mer en nok tid til å produsere medisinen, sende den til dit pasienten er og gi pasienten dosen sin. Medisinen rekker også å nå kreftsvulsten før den frigir for lite energi til å være effektiv.

Bindemiddel

For å være sikker på at den radioaktive isotopen kommer frem til kreftsvulsten i kroppen er det viktig at den er godt festet til antistoffet. For kroppen spiller det vanligvis ikke så stor rolle hvilket atom som kommer fram til cellen, bare det får de atomene og molekylene de trenger. Ofte så blir atomer og deler av molekyler byttet med andre molekyler på veien dit det skal. Men når det kommer til nukleærmedisin så er det viktig at molekylet kommer seg hele veien til kreftsvulsten uten at den radioaktive isotopen blir borte på veien.

For å få til dette har man utviklet et veldig sterkt bindemiddel, et konjugat, for å holde Th-227 fast til antistoffet. På denne måten klarer ikke kroppen å stjele eller ødelegge antistoffet føre det kommer til kreftcellen. Hvis antistoffet blir ødelagt kan dette potensielt føre til at strålingen sendes ut i friske celler. Thoriumkonjugatet er utviklet med mål om å kunne brukes på flere ulike antistoffer, og dermed tilpasses spesifikt ulike krefttyper.  

Thorium-227 fremstilles ved å bruke en actiniumgenerator. Actinium-227 emitterer en betapartikkel og omdannes til Thorium-227.  Ved å separere thorium fra actinium kan man lage thorium(IV)klorid som videre kan festes på antistoffer ved hjelp av konjugatet.

Oppsummering

Det er mange fordeler med å bruke radiofarmasøytiske legemidler over konvensjonelle behandlingsmetoder mot kreft. Spesifisiteten man får ved å bruke antistoffer og mindre skader på omkringliggende vev er kanskje de viktigste. Man kan sammenligne dette med å skyte på blink med hagle og rifle. Skyter man med hagle treffer man blinken, men det er ingen tvil om at man treffer mye rundt blinken også. Dette er litt hvordan cellegift virker på kroppen. Man dreper kreften, men frisk vev blir også skadet. Bruker man rifla derimot, kan man utføre presisjonsarbeid og kun treffe der man skal treffe, det vil si kun drepe kreftsvulsten. Dette er hvordan den målrettede Th-227 antistoffkonjugatet fungere. Men det krever også at man vet hva man driver med, og bruker tilpassede radioaktive isotoper.

 

1.   kreftregisteret.no

2.   https://www.research.bayer.com/en/fighting-cancer-with-radio-immunotherapy.aspx

3.   Radioimmunotherapy with alpha-emitting nuclides. McDevitt, M., Sgouros, G., Finn, R. et al. Eur J Nucl Med (1998) 25: 1341.

4.   Radioimmunoconjugates for the Treatment of Cancer. Françoise Kraeber-Bodéré, Caroline Bodet-Milin, Caroline Rousseau, et al. Seminars in Oncology, Volume 41, Issue 5, October 2014, Pages 613-622

 

5.   Development of separation technology for the removal of radium-223 from decayed thorium-227 in drug formulation. Material screening and method development. Janne Olsen Frenvik, Solveig Kristensen and Olav B. Ryan (2016)

Av Siri Olsen
Publisert 27. apr. 2017 12:12