Los neutrones salvan vidas
Gracias a la producción eficiente de radioisótopos de uso médico y al desarrollo de nuevos radiofármacos se están logrando mejores diagnósticos y tratamientos más eficaces para muchos tipos de cáncer y otras enfermedades. Esto ha provocado que la demanda de radioisótopos, que se producen principalmente con reactores de investigación o aceleradores, siga creciendo y el número de radiofármacos en el uso clínico esté aumentando con rapidez.
Los radioisótopos de uso médico son elementos radiactivos que, cuando se unen a moléculas específicas en formulaciones farmacéuticas, emiten radiación que puede rastrearse fácilmente, lo que los convierte en elementos útiles para el diagnóstico médico. También se pueden utilizar con fines terapéuticos, al dirigirse al tejido tumoral para tratar cánceres, como los de próstata, mama e intestino.
Los radiofármacos son medicamentos que combinan un radioisótopo de uso médico con una molécula con actividad biológica. Los radiofármacos diagnósticos que contienen radioisótopos que emiten radiación gamma pueden actuar sobre órganos, tejidos o células específicos. Se administran a los pacientes por vía inyectable, inhalatoria u oral para producir imágenes de los órganos o tejidos deseados mediante una cámara externa no invasiva que detecta los rayos gamma. Los radiofármacos de uso terapéutico contienen radioisótopos emisores de partículas que se acumulan en los tejidos diana para matar las células cancerosas.
Los reactores de investigación son la principal fuente de producción de radioisótopos de uso médico, como el molibdeno 99 (Mo 99), el yodo 131 (I 131) y el holmio 166 (Ho 166), entre otros. El I 131, que se utiliza para diagnosticar y tratar el cáncer de tiroides, fue uno de los primeros radioisótopos producidos en un reactor de investigación a principios de la década de 1940. Si bien se producen alrededor de 35 radioisótopos de uso médico, el Mo 99 representa la mayor parte de la producción. Se trata del isótopo padre del tecnecio 99m (Tc 99m), que se utiliza en aproximadamente el 85 % de los procedimientos de medicina nuclear de todo el mundo (se realizan hasta 50 millones de procedimientos de medicina nuclear al año) para el diagnóstico de cánceres y enfermedades de corazón, cerebro y huesos.
El lutecio 177 (Lu 177) es otro radioisótopo importante producido en reactores de investigación. “El Lu 177 es el pilar de la producción de radiofármacos de uso terapéutico empleados para tratar a personas con dolor óseo y cánceres de próstata, estómago e intestino, —explica Renata Mikołajczak, investigadora en el Centro de Radioisótopos POLATOM, del Centro Nacional de Investigaciones Nucleares de Polonia—. En todo el mundo se están desarrollando al menos 20 nuevos fármacos que utilizan Lu 177 ”.
En mayo de 2023 el OIEA puso en marcha un proyecto coordinado de investigación para desarrollar nuevos radiofármacos para el tratamiento del cáncer con Lu 177. “Los recientes avances en técnicas radioterapéuticas basadas en el Lu 177 han transformado el manejo terapéutico de tumores neuroendocrinos y cánceres de próstata, lo que ha redundado en mejores resultados para los pacientes, —señala Aruna Korde, científica del OIEA especializada en radiofármacos—. Sin embargo, aún no entendemos completamente el comportamiento biológico de los radiofármacos de uso terapéutico marcados con Lu 177”, agrega. El proyecto coordinado de investigación tiene por objeto detectar y abordar factores que pueden limitar la eficacia de estas técnicas radioterapéuticas. Con este proyecto se desarrollará y se llevará a cabo la evaluación preclínica de radiofármacos con Lu 177 a fin de evaluar su potencial para actuar sobre algunos de los cánceres más importantes. También proporcionará pautas para el radiomarcado y para la evaluación de la calidad, la seguridad y la eficacia de radiofármacos basados en el Lu 177.
Producción de radioisótopos
Cuarenta países tienen reactores de investigación capaces de producir radioisótopos; de ellos, unos 25 países producen de manera activa radioisótopos para aplicaciones médicas. En la mayoría de los casos, los radioisótopos se producen para el mercado nacional. Una cifra más reducida de países exporta radioisótopos al mercado regional o mundial y un número selecto de países los exporta en grandes cantidades. El OIEA brinda conocimientos generales y especializados a países de todo el mundo sobre el modo de utilizar los reactores de investigación para desarrollar y fabricar estas herramientas cruciales para el diagnóstico y el tratamiento. Los reactores de investigación constituyen una fuente segura y estable de isótopos importantes para aplicaciones médicas, como los radiofármacos, pero también de fuentes de radioisótopos con fines terapéuticos, como la braquiterapia, y para la esterilización de dispositivos médicos.
La demanda sigue aumentando. “Aún queda un largo camino por recorrer para satisfacer la creciente demanda de radioisótopos producidos en reactores de investigación”, afirma Bernard Ponsard, Director de Proyectos de Radioisótopos en el Centro de Estudios de Energía Nuclear de Bélgica, conocido como SCK CEN.
El OIEA presta apoyo a los países en la producción de radioisótopos mediante reactores de investigación, no sólo para usos médicos, sino también para fines industriales y de investigación y desarrollo. Para ello, elabora publicaciones de orientaciones, convoca reuniones técnicas para el intercambio de información y de conocimiento técnico, organiza proyectos coordinados de investigación en los que participan instituciones de investigación en múltiples países y promueve la creación de capacidad mediante actividades de capacitación, visitas científicas y becas. A través de su programa de cooperación técnica, el OIEA también presta apoyo a países de forma individualizada y promueve proyectos regionales e interregionales.
“El OIEA está creando y fomentando una comunidad de profesionales en todo el planeta capaces de producir radioisótopos y radiofármacos seguros y de alta calidad, —señala la Sra. Denecke—. Nuestro objetivo final es ayudar a incrementar la producción mundial de estas herramientas esenciales para la medicina nuclear y reducir las disparidades de acceso en algunas regiones, para que las personas vulnerables con cáncer y otras enfermedades potencialmente mortales puedan recibir la atención que necesitan” [1]
En 1906, dos médicos franceses llamados Jean Bergonié y Louis Tribondeau, estudiaron el efecto de las radiaciones ionizantes sobre los tejidos de ratones y promulgaron su famosa Ley de la Radiosensibilidad, la cual se resume en que las células con una mayor actividad mitótica (mayor proliferación celular), menor diferenciación (células madre y multipotentes) y mayor actividad metabólica, son más radiosensibles. Y son precisamente estas características las que están presentes en las células cancerosas.
¿se podrían aprovechar las radiaciones ionizantes para matarlas?
Pues sí. Desde hace más de un siglo son usadas para el tratamiento de ciertos tipos de tumores. Primero fueron los rayos X y luego los elementos radiactivos como el Radio. Sin embargo, estos procedimientos dañan a los tejidos sanos por no ser completamente específicos y algunos eran invasivos. Sólo imagínate —o recuerda— lo incómodo que es un examen de próstata, donde el urólogo, sin siquiera encender un par de velas aromáticas y decirte cosas bonitas al oído, te introduce el dedo y realiza su trabajo. La braquiterapia de próstata es parecida, sólo que esta vez te depositan una semilla radiactiva allí adentro para matar el tumor.
Desde hace mucho tiempo se sabe que ciertos elementos químicos tienen afinidad por un determinado tejido o célula. Fue así que en 1913, George von Hevesy introdujo el término de radiotrazador, describiéndolo como un elemento radiactivo usado para investigar el comportamiento de los átomos estables dentro de un sistema.
Todos los elementos tienen varios hermanos gemelos con las mismas propiedades químicas llamados isótopos. La única diferencia que hay entre ellos es su masa atómica debido a una variación en el número de neutrones presentes en su núcleo. Por lo general, la mayoría de los isótopos son inestables y emiten radiación para pasar a una forma más estable. Esta radiación puede ser detectada y aprovechada para ver a través de los tejidos o para matar tumores.
Entonces, si identificamos a un elemento raro o poco común presente en un determinado tejido, podemos usar a su hermano gemelo radiactivo para estudiarlo. Gracias a la invención del ciclotrón —un tipo de acelerador de partículas— en 1931 por Ernest Lawrence, fue posible producir casi cualquier radioisótopo imaginable. Bombardeando una placa de aluminio con las partículas emitidas por el Polonio radiactivo, se produjo el Fósforo-32.
El Fósforo es uno de los principales elementos presentes en los seres vivos, forma parte de las membranas celulares, proteínas y ácidos nucleicos. En 1936, se usó el P-32 para tratar a un paciente con leucemia, siendo la primera vez que se usaba un radioisótopo en la terapia de una enfermedad humana. Y así fue como se inició la era de la Medicina Nuclear.
Un año más tarde, se produjo el Yodo radiactivo (I-131) a través del bombardeo de una muestra de Teluro. Desde el siglo XIX se sabía que el Yodo formaba parte de una hormona producida en la tiroides llamada tiroxina, lo que provocaba la acumulación de este elemento en dicha glándula. En 1940, se diagnosticó el primer caso de hipertiroidismo y el químico Glenn Seaborg no vio mejor oportunidad de usar el I-131 para su tratamiento.
En 1938, Emilio Segrè bombardeó una muestra de Molibdeno con núcleos de deuterio —compuesto por un protón y un neutrón— y descubrió el Tecnecio (Tc), el único elemento artificial de la tabla periódica y toda una revolución en la medicina nuclear gracias a sus increíbles propiedades químicas.
Rayos gamma, partículas beta y alfa
No todos los radioisótopos emiten la misma radiación. El P-32 emite partículas beta; el Tc-99m, rayos gamma; el I-131 emite ambos y el Astato-211, partículas alfa. La diferencia entre ellos son su energía y su capacidad de penetración.
Los rayos gamma son fotones —como la luz— que tienen mucha energía, por lo que pueden atravesar con gran facilidad la materia. Las partículas beta pueden ser electrones (carga negativa) o positrones (carga positiva), tienen masa, por lo que pueden interactuar con relativa facilidad con la materia y depositar así su energía. Las partículas alfa son los núcleos de Helio (dos protones y dos neutrones), son más grandes e interactúan con mayor facilidad con la materia, depositando toda su energía al simple contacto.
Entonces, las partículas alfa y beta serán más perjudiciales para las células cancerosas, mientras que los rayos gamma atravesarán con mayor facilidad los tejidos y podrán ser usados para ‘mirar’ a través de ellos. Es por esta razón que se usan los primeros para el tratamiento de tumores y el segundo para el diagnóstico del cáncer y otros problemas funcionales.
Sin embargo, uno de los mayores retos de la medicina nuclear fue depositar la radiación específicamente en el tejido dañado. En el caso del I-131 no había inconvenientes porque éste se dirige específicamente a la tiroides. Pero ¿qué pasa con los otros radioisótopos? Como la mayoría son metálicos, tienen una cierta afinidad por los tejidos óseos, depositando la radiación en los huesos.
Una gran revolución en la medicina nuclear fue la unión de los átomos radiactivos a una serie de moléculas sencillas que tenían afinidad por ciertos tejidos. Fue así que en la década de 1960’s nacieron los primeros radiofármacos.
Por ejemplo: el ácido dietilen-triamino-pentaacético (DTPA), el cual es un agente quelante (molécula que captura metales), tiene una especificidad por los riñones y, al ser unido a un radionúclido como el Tc-99m, puede ser usado para evaluar la función renal. Por su parte, el ácido etilen-diamino-tetrametilen-fosfónico (EDTMP), otro agente quelante que tiene afinidad por los huesos, es unido al Samario-153 para tratar los dolores causados por la metástasis ósea.
Las ventajas de estas moléculas son: i) su simpleza, lo que permite producirlos rápida y económicamente por síntesis química; ii) su bifuncionalidad, atrapan al radionúclido por un lado y pueden unirse a un receptor biológico por el otro; iii) su especificidad, la cual supera el 90%.
Como pueden, entre un 5% y 10% de la radiación no es específica y se pierde en otros tejidos. Si el radiofármaco es usado para el diagnóstico, tal vez no haya muchos problemas porque la actividad empleada es baja. Sin embargo, si el radiofármaco es usado para eliminar un tumor, la actividad es mayor y, si a esto le sumamos que estas partículas tienen mayor transferencia de energía, este pequeño porcentaje podría afectar significativamente a un tejido sano. Entonces, se vio la necesidad de desarrollar moléculas mucho más específicas [2].
[1] https://www.iaea.org/es/bulletin/los-neutrones-salvan-vidas
[2]https://naukas.com/2012/04/16/como-se-hace-un-radiofarmaco/
