Con la PET diagnosi precoce
della malattia

Diversamente dalla TAC che dà informazioni sull'anatomia degli organi, la PET (Positron Emission Tomography) rivela i più intimi meccanismi biochimici

Ciclotrone PETtrace (General Electric Medical System) per produzione di radionuclidi di breve emivita, emettitori di positroni per PET

Il Centro di Tomografia ad Emissioni di Positroni dell'Istituto di Fisiologia Clinica (IFC) del CNR è stato realizzato nel 1985 ed ha rappresentato la prima installazione in Italia di una Camera a positroni (ECAT III, Siemens USA) e di un ciclotrone biomedico (CGR-MeV, Buc Francia) per la produzione di isotopi radioattivi a breve emivita, emettitori di positroni (particelle nucleari corrispondenti ad elettroni positivi capaci ciascuno di generare due raggi gamma collineari e monoenergetici) da utilizzare come traccianti radioattivi per PET (Positron Emission Tomography). Ambedue le macchine erano disponibili come prototipi e sono state implementate in loco utilizzando risorse scientifiche, tecnologiche e finanziarie dell'Ente.

A partire dal 1986 il Centro è divenuto operativo, focalizzando la propria attività sull'applicazione della PET alla ricerca cardiovascolare e costituendo un punto di riferimento nazionale ed internazionale sia in questo settore sia in materia di radiochimica e radioprotezione a seguito dell'esperienza maturata con questa tipologia di impianti.

Nell'arco dei quindici anni di attività del Centro PET l'IFC-CNR ha potuto, grazie alla propria attività di ricerca finalizzata, sostenere investimenti consistenti per mantenere il proprio assetto tecnologico ai massimi livelli, sostituendo il vecchio tomografo ECAT III con il modello più aggiornato ECAT 931-4 e, recentemente, quest'ultimo con il recentissimo EXACT HR + (Siemens, USA). Nel 1996 è stato sostituito il vecchio ciclotrone con la nuova macchina PETtrace costruita dalla General Electric Medical Systems. Queste due grandi apparecchiature, corrispondenti ad un valore di mercato di oltre 7 miliardi, sono adesso installate nella nuova sede dell'Istituto situata nell'Area della Ricerca di Pisa.

L'insediamento del Centro PET nella nuova sede ha consentito la creazione dei presupposti per un'ampia ed articolata crescita dell'attività sia attraverso l'impiego delle nuove macchine sia grazie alla riorganizzazione degli spazi operativi in cui viene privilegiata l'interconnessione con altre tecnologie biomediche avanzate, quali la Risonanza Magnetica Cardiovascolare e l'impianto di Cardiologia Invasiva Digitale presenti nello stesso Istituto.

Tomografo ad emissione di positroni ECAT EXACT HR+ (Siemens) per acquisizione di immagini biomediche PET

L'interesse tematico del Centro PET dell'IFC-CNR si è allargato nel tempo anche ad aree diverse dalle applicazioni cardiovascolari, evolvendo nei settori delle neuroscienze e dell'oncologia. Per questo sviluppo è risultata determinante la crescita del ruolo dell'Istituto nell'ambito del Servizio Sanitario Nazionale, maturata nella recente attivazione dell'Unità Clinica CNR situata nell'Area della Ricerca.

Dal punto di vista scientifico e clinico la tecnica PET consente l'ottenimento di immagini tomografiche corrispondenti alla rappresentazione della distribuzione di un tracciante opportuno su una successione di piani corrispondenti a sezioni del soggetto studiato, in analogia con quanto avviene nelle immagini radiografiche prodotte con la Tomografia Assiale Computerizzata (TAC). Diversamente dalla TAC, che fornisce informazioni sull'anatomia degli organi studiati, la PET rileva i più intimi meccanismi biochimici che sono alla base di processi fisiologici e fisiopatologici nel corpo umano. Pertanto, essa pone in risalto alterazioni di funzione prima che si manifestino modificazioni anatomiche (diagnosi precoce di malattia) o situazioni patologiche per le quali tali modificazioni non si producono. Questo tipo di informazioni erano in passato ottenibili in modo parziale ed unicamente a mezzo di interventi invasivi (prelievo bioptico, approccio chirurgico). Al contrario, l'iniezione di un tracciante è di facile impiego sia nell'adulto che nel bambino.

La Camera a positroni installata presso l'IFC-CNR consente l'ottenimento simultaneo di 63 immagini tomografiche su di un segmento di 15 cm del corpo del paziente; rende inoltre possibile procedere ad una scansione del soggetto, così da estendere la valutazione al corpo intero.

Nel Centro dell'IFC-CNR è possibile generare, mediante un acceleratore di particelle (il ciclotrone), le reazioni nucleari capaci di trasformare nuclei stabili nei radionuclidi emettitori di positroni (ossigeno-15, azoto-13, carbonio-11 e fluoro-18) necessari per l'esame PET e che non sono disponibili commercialmente a causa della brevità della loro emivita (da 2 a 110 minuti). Esiste inoltre il know-how nel settore della chimica radiofarmaceutica che rende possibile procedere in loco alla progettazione, sintesi e formulazione per l'impiego nell'uomo di molecole biologicamente attive e specifiche verso un singolo processo biochimico contenenti gli isotopi radioattivi per la PET. L'obiettivo è quello di esplorare, identificare topograficamente e studiare le modificazioni metaboliche di regioni di organi in cui il comportamento biochimico è alterato o si pensa che lo possa essere in conseguenza di una malattia oppure semplicemente è ancora ignoto.

Immagini PET che mostrano il miglioramento del flusso di sangue nella parete cardiaca di un soggetto studiato prima e dopo l'intervento terapeutico (l'anello corrisponde ad una sezione del ventricolo sinistro del cuore)

L'attività clinica del Centro comprende protocolli operativi rivolti ad applicazioni della PET consolidate nei campi cardiovascolare, oncologico e neuropsichiatrico.

La PET è correntemente utilizzata come efficace strumento clinico, per l'elevata sensibilità e specificità, nella valutazione dell'iter diagnostico di pazienti con sospetta cardiopatia ischemica e nel processo di decision making clinico di pazienti con disfunzione ventricolare sinistra e cardiopatia ischemica, in quanto metodica "di riferimento" per la diagnosi di vitalità miocardica (informazione indispensabile per la valutazione preventiva di efficacia negli interventi di rivascolarizzazione, caratterizzati da alto costo ed alta invasività). In campo oncologico viene impiegata l'ormai ben documentata capacità del fluorodesossiglucosio (FDG), un tracciante contenente fluoro-18 ed in grado di permettere la misura del consumo cellulare di glucosio, nel porre in evidenza all'esame PET il tessuto neoplastico maligno rispetto al tessuto normale, in virtù delle differenze metaboliche tra i due. La recente installazione in Istituto dello strumento PET per "scansione totale corporea" (WB) ha notevolmente ampliato lo spettro delle possibili indicazioni cliniche della PET poiché consente la ricerca della lesione neoplastica in qualunque punto del corpo essa sia presente. L'esame può avere diverse finalità dal punto di vista clinico:

• diagnosi: identificazione della natura maligna della lesione anche rilevando parametri metabolici quantitatvi;
• stadiazione: identificazione della fase di evoluzione della malattia e, quindi, indirizzo della scelta terapeutica;
• ristadiazione: identificazione dello stato di malattia a distanza dalla prima diagnosi;
• monitoraggio della risposta alla terapia: valutazione dell'efficacia dell'intervento terapeutico e dell'opportunità della sua prosecuzione, modifica, integrazione.

Tra le applicazioni neurologiche cliniche, consolidate in IFC-CNR, viene effettuato lo studio del metabolismo glucidico cerebrale in pazienti affetti da epilessia focale non trattabile farmacologicamente, da avviare alla neurochirurgia e in pazienti con epilessia focale ma con assenza di informazioni certe sulla localizzazione della struttura cerebrale dove si scatena l'attacco (focus epilettogeno).

Altre applicazioni costituiscono un settore in rapida espansione, ma tuttora confinate nell'ambito della ricerca fisiopatologica. Tra queste, in campo neuropsichiatrico, l'impiego di traccianti marcati con fluoro-18 quali neurotrasmettitori e leganti recettoriali e l'utilizzo del radionuclide a emivita brevissima (2 minuti) ossigeno-15. Il tracciante in questo ultimo caso può essere preparato sotto forma di acqua, ossigeno molecolare e/o monossido di carbonio ed associato a paradigmi di stimolazione somatosensoriale (stimoli fisici, acustici, visivi, emotivi); ciò consente di vedere quali strutture cerebrali sono attivate, che tipo di risposta corrisponde a ciascun singolo stimolo e come ciò possa collegarsi al funzionamento, normale o patologico, del cervello. L'applicazione della capacità della PET di identificare topograficamente e misurare l'attività metabolica permette altresì di affrontare il tema delle malattie psichiatriche (disturbo ossessivo compulsivo, disturbi bipolari, schizofrenia, tossicodipendenze) e delle patologie neurodegenerative centrali come nel caso di pazienti con sindrome demenziale nei quali i test diagnostici tradizionali (test neuropsicologici/RM-TC/EEG/SPET) risultano discordanti o inconcludenti e nella diagnosi differenziale fra demenza e pseudodemenza depressiva.

Immagini PET della drastica riduzione della funzione cerebrale (dimostrata dalla riduzione a riposo di consumo di glucosio) in un soggetto affetto da demenza progressiva (controllo dopo 6 mesi)

Presso il Centro PET dell'IFC-CNR sono oggetto di studio anche altre applicazioni di rilievo sia per le possibili ricadute diagnostiche sia per le prospettive di ricerca farmacologiche, compreso lo sviluppo di nuovi agenti terapeutici. Queste riguardano lo studio di sistemi recettoriali (adenosina, sistema colinergico ed adrenergico), enzimatici (equilibrio sodio-potassio), metabolici (metabolismo del glucosio, degli acidi grassi, degli amminoacidi), ormonali (insulina).

A conclusione di questo breve riassunto dell'attività svolta dal Centro un pensiero affettuoso va ai colleghi recentemente scomparsi Riccardo Guzzardi, dirigente tecnologo, responsabile del Reparto bioimmagini nucleari ed animatore del progetto PET sin dagli anni ottanta, ed a Riccardo Bellina, ricercatore dell'Università di Pisa.

Si ringraziano tutti i collaboratori del gruppo Pet-Ciclotrone Chimica-Radiofarmaceutica: Danilo Bonora, Lorella DiLuca, Assuero Giorgetti, Mario Guazzelli, Patricia Iozzo, Giuliano Mariani, Luca Menichetti, Danilo Neglia, Silvia Pardini, Debora Petroni, Piero Pietrini, Patrizia Pisani, Michela Poli, Giacomo Puccini, Gianmario Sambuceti, Oreste Sorace.
Per informazioni salvador@ifc.pi.cnr.it