Ráktörténelem Legrégebbi leírás: egyiptomi papirusz, 3000-1500 Kr. e. Leletek: Homo erectus, Burkitt limfóma? Bronzkori koponya 2400 éves perui inka, melanóma gyanú - Hippokrátesz: - jóindulatú rosszindulatú daganat különbség - rák elnevezés - Galenus (129-199) onkológia könyv - Adrian Helveticus, XVII. sz. műtét - Giovanni Morgagni, Padua, 1761: posztmortem biopszia - Röntgen, 1896.

Tumordiagnosztika - Ha már fáj - Észlelés (látvány, tapintás) - Biopszia, szövettan - Röntgen (mellkasröntgen, mammográfia, stb) - Scintigráfia - CT - SPECT (Single photon emission computed tomography) a véráramban marad a jelzett anyag - PET (Positron emission tomography) a szövetek adszorbeál(hat)ják a jelzett anyagot - Immundiagnosztika tumormarkerek - DS chip/ds array

Melanóma

Emlőrák túlélési esélye a stádium függvényében Stádium Ötéves relatív túlélési arány 0 100% I 98% IIA 88% IIB 76% IIIA 56% IIIB 49% IV 16% Forrás: American Cancer Society

Tumordiagnosztika - Ha már fáj - Észlelés (látvány, tapintás) - Biopszia, szövettan - Röntgen (mellkasröntgen, mammográfia, stb) - Scintigráfia - CT - SPECT (Single photon emission computed tomography) a véráramban marad a jelzett anyag - PET (Positron emission tomography) a szövetek adszorbeál(hat)ják a jelzett anyagot - Immundiagnosztika tumormarkerek - DS chip/ds array

Biopszia, szövettan - Atípusos szöveti struktúra - Pleiomorfizmus: daganaton belül is különböző szöveti struktúra - Magas sejtosztódási arány, gócok - Infiltratív növekedés

Tumordiagnosztika - Ha már fáj - Észlelés (látvány, tapintás) - Biopszia, szövettan - Röntgen (mellkasröntgen, mammográfia, stb) - Scintigráfia - CT - SPECT (Single photon emission computed tomography) a véráramban marad a jelzett anyag - PET (Positron emission tomography) a szövetek adszorbeál(hat)ják a jelzett anyagot - Immundiagnosztika tumormarkerek - DS chip/ds array

1896 Wilhelm Conrad Röntgen: katódsugárzás biológiai képalkotásra (obel díj, 1901)... Antoine Henri Becquerel, M. Sklodowska-Curie, P.Curie: természetes radioaktivitás, természetes izotópok (obel díj, 1903) 1910-es évek, Hevesy György: izotópok, mint biológiai jelzőanyagok (obel díj, 1943) Részecskegyorsítók mesterséges izotópok előállítására, Szilárd Leó elképzelése alapján Ernest. Lawrence valósítja meg (obel díj, 1939) 1932 Carl D. Anderson, pozitron (új elemi részecske) felfedezése (obel díj, 1936) 1934 Frederic Joliot és Irene Joliot-Curie, első mesterségess izotóp, amelyik pozitront bocsát ki (obel díj, 1935)

1970-es évek Godfrey. Hounsfield: első számítógépes tomográf, CT, MRI, PET technikák megalapozása (obel díj, 1980) 1975 Michael Ter-Pogossian et al.: első PET kamera, 18F-fluoro-dezoxi-glükóz (www.teppet.org)

Tüdőtumor diagnosztika - összevetés

ormal mammogram Mammogram showing carcinoma ncology in Practice p.4, 3/1994

Tumordiagnosztika - Ha már fáj - Észlelés (látvány, tapintás) - Biopszia, szövettan - Röntgen (mellkasröntgen, mammográfia, stb) - Scintigráfia - CT - SPECT (Single photon emission computed tomography) a véráramban marad a jelzett anyag - PET (Positron emission tomography) a szövetek adszorbeál(hat)ják a jelzett anyagot - Immundiagnosztika tumormarkerek - DS chip/ds array

Csont scintigráfia Megnövekedett foszforanyagcsere a tumoros csontszövetben Foszforsavszármazékok nagyobb mértékű beépülése 99M Tc-jelzett foszforsavszármazékok alkalmazása 99 42 Mo 66.7 H e - 99 M43 Tc 6.03 H 0.1427 γ 1 0.1405 γ 3 γ 2 99 43 Tc 2.12X10 5 Y 0.0 e - 99 44 Ru Stabil

Tc99-jelzett foszforsavszármazékok csont scintigráfiára CH 2 P 3 H 2 P 3 H 2 CH 2 As 3 H 2 As 3 H 2 CH 2 S 3 H S 3 H Methane-diphosphonic acid (MDP) Szintézis: J.Chem.Soc.1465 (1947) Alkalmazás: J.ucl.Med. 14, 640 (1973) 1980 Michaelis-Arbusov reakció ( R = etil) + P(R) 3 ClCH 2 P(R) 2 180 o -RCl (R) 2 P-CH 2 - P(R) 2 HCl (H) 2 P-CH 2 - P(H) 2 trietilfoszfit klórmetán foszforsav dietil észter metán difoszforsav dietil észter metán difoszforsav

Tc99-jelzett foszforsavszármazékok csont scintigráfiára CH 2 P 3 H 2 P 3 H 2 R 1 R 2 C P 3 H 2 P 3 H 2 HC - H 2 C HC - H 2 C H 2 C H 2 C C P 3 H 2 P 3 H 2 MDP H H 2 C C P 3 H 2 P 3 H 2 HC H HC C P 3 H 2 P 3 H 2 HC HC - H 2 C 3,3-difoszfono-1,2-propándikarbonsav, DPD Szintézis (R = etil) (R) 2 P-CH 2 - P(R) 2 + CH 2 - CR CH 2 - CR Ra (R) 2 P-CH - P(R) 2 CH - CR HCl (H) 2 P-CH - P(H) 2 CH - CH MDP-tetraalkil észter maleinsav-dialkil észter CH 2 - CR CH 2 - CH Z.Anorg.Alig.Chem. 457, 219 (1979)

Femur-to-blood uptake ratio (Q) of Tc 99m carboxyphosphonates as function of time after i.v. in the rat.

Csontmetasztázis (emlőtumor) kimutatása

Csontmetasztázis (karcinoma) Csonthártya gyulladás Tc99 m -3,3-difoszfono-1,2-propándikarbonsav

Tumordiagnosztika - Ha már fáj - Észlelés (látvány, tapintás) - Biopszia, szövettan - Röntgen (mellkasröntgen, mammográfia, stb) - Scintigráfia - CT - SPECT (Single photon emission computed tomography) a véráramban marad a jelzett anyag - PET (Positron emission tomography) a szövetek adszorbeál(hat)ják a jelzett anyagot - Immundiagnosztika tumormarkerek - DS chip/ds array

Tomográfiás képalkotó eljárások összevetése MRI CT SPECT PET Fizikai alap Atommagok mágneses röntgensugárzás foton pozitron emisszió rezonenciája transzmisszió emisszió koincidencia detektálás Gyakori izotópok Ga I 2 (kontraszt) l Mit vizsgál? struktura struktura funkció funkcó Felbontás < 1 mm 1 mm 4-5 mm 2,8 mm Adatgyűjtési idő 20 perc 2 perc 15 perc 20 perc Átlagos biológiai sugárterhelés (msv) 2-8 6-10 2-10 Gulyás B. Magyar Tudomány, 1999

PET Positron emission tomography Foton-pár detektálás

P(béta + )ET radionuclides commonly used in oncology Radionuclide Half-life Used to measure 15 2 C 15 2, H 2, 2 min Blood flow 2 xygen metabolism butanol 13 13 H 3 10 min Blood flow 11 C 11 C-Met, 11 C-Tyr 20 min Amino acid uptake 11 C-glucose Glucose utilisation 11 C-thymidine Proliferation 11 C-somatostatin Somatostatin receptor 68 Ga 68 Ga-EDTA 68 min Blood-brain barrier 18 F 18 F-deoxyglucose (FDG) 110 min Glucose utilisation 18 F-deoxyuridine Pyridine uptake 18 F-fluorouracil Drug uptake 18 F-estradiol 18F-DPA Estrogen receptors 124 I 4 days Wells, P. et Monoclonal al. Clin.ncol, antibodies 1996

P(béta + )ET izotópok előállítása és jellemzése Izotóp Hatótávolság Felezési Maximális Magfizikai idő energia reakció 15 8 mm 2 min 1,74 MeV 14(d,n) - 15 13 5 mm 10 min 1,20 MeV 12C(d,n) 13 11 C 4 mm 20 min 0,97 MeV 14(p,a) - 11C 18 F 2 mm 110 min 0,64 MeV 18(p,n) 18F

A pozitron keletkezési helyéről kb. 1 mm-re eltávolodva ütközik elektronnal és annihilálája egymást. Ekkor két 511 kev-os gamma foton keletkezik. E két foton egy tengely mentén két ellentéstes irányba szétsugárzódik. A fotonokat szcintillációs detektorokban (PET kamera) regisztrálják. Ezek általában ai vagy Bi 4 Ge 3 12 kristályt tartalmaznak, amelyek nagy hatékonysággal alakítják át látható fény tartományába eső fotonná.

Radiolabelled drugs for use in PET Radiolabelled drugs Use 13 -cisplatin kinetic studies 13 or 11 C-carmustine kinetics in normal brain and glioma ( 11 C--methyl)temozolomide in vivo mechanism of action 11 C-adriamycin in vivo quantify MDR 57 Co-bleomycin tumour and normal tissue kinetics 16-α-( 18 F)-fluoroestradiol-17-β measurements of receptor concentration 18 F-5-fluorouracil kinetics, predicting response

Radiolabelled drugs for use in PET 2-18 F-2-dezoxi-D-glükóz (FDG) (- a glükózhoz hasonló a metabolizmusa, sejtbejutása, de ki is ürül -emelkedett tumorfelvétel) hexokináz 2-18 F-2-dezoxi-D-glükóz-6-foszfát (felhalmozódik a sejtben és nem ürül ki) glükóz glükóz-6-foszfát Review: Conti PS et al. ucl.med.biol. 23, 717, 1996

Tüdőtumor kimutatása: 18 F-dezoxiglükóz - PET yirokcsomó metasztázis agy/hólyag (normális) C.S.Brock et al. Eur.J.ucl.Med. 24: 691 (1997)

Radioaktív izotóp konjugátumok Bioszintetikus módszer Kémiai szintézis 15 C, 3 H, 14 C, 32 P, 35 S Közvetlen pl. Tyr, His módosításával Közvetett a) Kovalens kötés b) Komplex kötés

Radioaktív izotópok közvetlen beépítése Példa: 125 I, 131 I In vitro (17 jód-, 13 bróm-, 6 klór-, 2 fluorizotóp t ½ > 3 perc) Hosszú féléletidő Alacsony energiájú foton kibocsátás (nincs részecske) In vivo IMAGIG X-ray vagy γ-sugárzó SPECT, PET γ-kamera Viszonylag magas energia, rövid féléletidő In vivo TERÁPIA em optimális (nagy energia: veszélyforrás) Alacsony energia, hosszú féléletidő

α-bomlás [biológiai közegben: mm] A Z Y A-4 Z-2 X + 4 2 He β-bomlás e - emisszió 3 1 H 3 2 2 He + e - + n e neutron proton + elektron + antineutrínó e - befogás 40 19 K 40 18 Ar elektron + proton neutron e + emisszió 11 6 C 11 5 5 B 6 + e + + n e proton pozitron + neutrínó γ-bomlás A Y * A Y + γ

A radioaktív mag kiválasztását befolyásoló tényezők Radioaktív mag Elérhetőség Ár Fizikai félélet Legfontosabb gamma energia (kev) 123 I Kicsi Magas 13 óra 159 131 I Jó Alacsony 8 nap 364 111 In Jó Közepes 67 óra 173 247 67 Ga Jó Közepes 78 óra 185 300 99m Tc Jó Alacsony 6 óra 141

Jódizotóp bejuttatása fehérjébe 1. Klóramin-T módszer Greewood, FC et al. Biochem J 89 114 (1963) Wilbur, DS Bioconjugate Chem 3 433 (1992) C H 3 S Cl -Cl-p-toluol szulfonsav + 125 I + 2 H+ H C S H 3 2 + 125 ICl (a 125 I) His Tyr 125 I H + H 125 I 30 s 30 perc vízoldékony ph 7 foszfátpuffer 0.05 M

2. Immobilizált klóramin-t (ID-BEADS) U.S. Patent 4448764 és 4436718 polisztirol mátrix 3 mm CH S - Cl 2 5 perc jó protein visszanyerés enyhébb körülmények ph 7.2 8.4 3. ID-GE Fraker, PJ és Speck, JC BBRC 80 849 (1978) Cl Cl Cl Cl + 125 I - + H + (a 125 I) Cl Cl H Cl 125 + I Cl 1,3,5,6-tetraklór-3a,6a-difenilglicouril vízben nem oldódik felszínre kell felvinni gyors leállítás az oldószer megvonással

Marcholonis JJ Biochem J 113 299 (1969) Enzim katalízis a) H 2 2 H 2 125 I - 125 I2 H 2 I + + I - laktoperoxidáz laktoperoxidáz H + Tyr His ph függő (ph 6 7) H 2 2 tisztasága!

Enzim katalízis H b) In situ H 2 2 előállítás: immobilizált enzimek H H H H glükóz glükóz oxidáz H H oldhatatlan gyöngy immobilizált glükóz oxidázzal és laktoperoxidázzal H H δ-glükonolakton H 2 2 hidrogén peroxid 125 I - laktoperoxidáz I 2 reaktív jód

A növekvő mértékű jelölés hatása a fehérje immunológiai aktivitására az eredeti immunológiai aktivitás maradéka % 1 antiszérum 2 antiszérum szubsztituált jód atomok száma fehérjemolekulánként

-szukcinimidil 3-(4-hidroxi 5-[ 125 I]jódfenil) propionát (Bolton és Hunter reagens) H 125 I H + a 125 I Klóramin-T jódozási reakció -szukcinimidil 3-(4-hidroxifenil) propionát Bolton és Hunter reagens 125 I H konjugációs H 2 + H H 125 I-dal jelölt fehérje reakció H H H fehérjében levõ lizin ε-amino csoportja jelölendõ

Radioaktívan jelölt emberi növekedési hormon gélszűrése, a nyert frakciók immunológiai aktivitása 2 csúcs összes beütés beütés/perc (ezer) beütések az antiszérummal számolva 1 csúcs 3 csúcs frakciószám

Radioaktívan jelölt inzulin elválasztása fordított fázisú HPLC-vel minta injektálás jelöletlen inzulin elúciós helye Radioaktivitás B eluens % Abszorbancia A eluens: 0.2M ammónium acetát B eluens: acetonitril

Radioaktív izotópok beépítése kelátorokkal Lineáris kelátorok - R H 2 - - H + DTPA amint tartalmazó molekula R H - H + - Dietilén triamin pentaecetsav S C S C H R - H - R H 2 - - - DTTA - - - tiourea kötés képzõdés

Lineáris kelátor C H 3 H H H H H 2 DFA deferoxamin

Ciklikus kelátorok - - - TA 1,4,7-triazaciklononán-,',''-triecetsav - - DTA 1,4,7,10-tetraazaciklododekán-,','','''-tetraecetsav - - - - - - TETA 1,4,8,11-tetraazaciklotetradekán-,','','''-tetraecetsav

Tumordiagnosztika - Ha már fáj - Észlelés (látvány, tapintás) - Biopszia, szövettan - Röntgen (mellkasröntgen, mammográfia, stb) - Scintigráfia - CT - SPECT (Single photon emission computed tomography) a véráramban marad a jelzett anyag - PET (Positron emission tomography) a szövetek adszorbeál(hat)ják a jelzett anyagot - Immundiagnosztika tumormarkerek - DS chip/ds array

Tumorantigének Tumorhoz asszociált antigének Tumorspecifikus antigének ormálisan fejlődő szövetben is Embrionális antigének (CEA) ormális sejteken kevesebb antigén Kizárólag tumorsejteken előforduló szerkezetek Kémiai, fizikai karcinogének vagy vírusok okozta tumor

Tumormarkerek a klinikai gyakorlatban Hólyag CEA Emlő CEA, CA 15-3, ferritin Méhnyak CEA Vastagbél CEA, CA 19-9, tejsav-dehidrogenáz Gyomor CEA, CA 19-9, CA 72-4 Leukémia ferritin, tejsav-dehidrogenáz Limfóma β-2-mikroglobulin, ferritin, tejsav-dehidrogenáz Tüdő (kissejtes) CEA, bombezin, kalcitonin Petefészek CA 125, CEA Pajzsmirigy tireoglobulin, kalcitonin Vese eritropoetin, renin Here α-fetoprotein, tejsav-dehidrogenáz Egészséges populáció szűrésére nem alkalmas Műtét/kezelés utáni szűrés: kiújulás észlelése Fingerprint Mucinok

Tumordiagnosztika - Ha már fáj - Észlelés (látvány, tapintás) - Biopszia, szövettan - Röntgen (mellkasröntgen, mammográfia, stb) - Scintigráfia - CT - SPECT (Single photon emission computed tomography) a véráramban marad a jelzett anyag - PET (Positron emission tomography) a szövetek adszorbeál(hat)ják a jelzett anyagot - Immundiagnosztika tumormarkerek - DS chip/ds array

DS (oligonukleotid) chip

Expression levels of 50 genes most highly correlated with the acute lymphoblastic leukemia (ALL) and acute myeloid leukemia (AML). Expressed in ALL Expressed in AML Expression levels greater than the mean: red, below the mean: blue. TR Golub et al Science 286: 531 (1999)

Expression levels of predictive 50 genes most highly correlated with the ALL-AML in independent dataset. Expressed in ALL 35 patients Expressed in AML Expression levels greater than the mean: red, below the mean: blue. TR Golub et al Science 286: 531 (1999)