FONDAZIONE CALLERIO ONLUSISTITUTO DI RICERCHE BIOLOGICHE

TRIESTE

GIUSEPPE NACCI

La Terapia dei Tumoricon Gadolinio 159

in Risonanza Magnetica Nucleare

Edizioni Italo SvevoTrieste

Terapia dei Tumoricon Gadolinio 159

Seconda edizione maggio 2002FUORI COMMERCIO

Fotocomposizione: Menab Studio - TriesteStampa: Internet

2002 Giuseppe NacciTutti i diritti riservati

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1Cenni introduttivi

1.1. Premessa

Oggi, si tende ad asserire con sempre mag-gior convinzione, che la Chirurgia, la Radio-Te-rapia Esterna (R.T.E.) e la Chemio-Terapia(CH.T.) abbiano raggiunto il plateau delle lorocapacit di migliorare le percentuali di sopravvi-venza a lungo termine in pazienti ammalati dicancro.

Il fallimento del trattamento locale viene ge-neralmente attribuito alla presenza di microniditumorali gi localizzati al di fuori dellammassoneoplastico primitivo al momento del trattamen-to chirurgico e radiante, e quindi alla loro so-pravvivenza al trattamento sistemico di CH.T.,con successivo sviluppo di resistenza ai farmacichemioterapici.

In questo lavoro si vuole descrivere un nuo-vo approccio di terapia, in grado di contrastaremeglio la diffusione per continuit, contiguit,per via linfatica e per via ematica di cloni neo-plastici maligni, sfruttando sostanzialmente lele-vata specificit anti-neoplastica degli AnticorpiMonoclonali (MoAbs), veicolanti Gadolinio 159(radioattivo beta-emittente) sulle cellule tumo-rali per Radio-Immuno-Terapia (R.I.T.), lele-vatissima risoluzione spaziale della RisonanzaMagnetica Nucleare (R.M.N.), idonea alla pre-cisa localizzazione millimetrica dello stessoGadolinio, e quindi le nuove prestazioni offer-te dalla R.T.E. stereotassica, anche sotto guida

R.M.N., allo scopo di erogare dosi irradianticurative su ogni nido neoplastico, primitivo ometastatico, post-R.I.T., possibilmente impie-gando R.T.E. adronica, sulla base del recenteprogetto italiano TERA.

La pubblicazione di questo libro nasce per-tanto dalla necessit di aprire un dibattito scien-tifico sullopportunit di avviare una serie di va-lutazioni sperimentali e, successivamente, diconfrontare i diversi pareri scientifici sugliaspetti che la terapia oncologica con questo nuo-vo radionuclide, il Gadolinio 159, potr offrirenellimmediato futuro, facendo leva sulle com-petenze e sugli strumenti di ricerca e di studioche la stessa Comunit scientifica, in primo luo-go triestina, potr offrire sulla base di studi ini-ziali gi avviati.

La Diagnostica per Immagini

La Diagnostica per Immagini basata in passa-to sulla sola Radiologia convenzionale (X-Ray),si attualmente ampliata su molteplici tecnichee metodiche applicative, fra cui lEndoscopia,lEcografia, la Scintigrafia, la Tomografia Com-puterizzata a raggi X (T.C.X.) e la Tomografia aRisonanza Magnetica Nucleare (T.R.M.N.).

Grazie a tali tecniche possibile in molti casirilevare i tre momenti fondamentali della diagno-stica oncologica:

1) Localizzazione della lesione sospetta.

2) Accertamento, se possibile, della sua naturatumorale maligna.

3) Stadiazione (staging).

In questa breve disamina iniziale, per ragioniinerenti alla trattazione del Gadolinio 159 inT.R.M.N., e dei sistemi diagnostici e terapeuticiad esso collegati, riassumiamo brevemente, quidi seguito, i principali punti della ScintigrafiaS.P.E.T. e P.E.T., dellEndoscopia, dellEcogra-fia, della T.C.X., e della stessa T.R.M.N., alloscopo di meglio definire i vantaggi applicatividel Gadolinio 159 in T.R.M.N. per terapia onco-logica.

Scintigrafia S.P.E.T. e P.E.T.

La Scintigrafia basata sulliniezione endo-venosa di isotopi radioattivi gamma-emittenti,sostanzialmente paragonabili a mezzi di contra-sto (MDC), e sullacquisizione quindi delle im-magini tramite particolari tomografi, detti Gam-ma-Camere (G.C.); vedi fig.1.1.

In base al radionuclide impiegato, pu essereeseguita una Tomografia ad Emissione di FotoneSingolo (S.P.E.T.), utilizzando cio radionuclidiad emissione di fotone singolo, come il Gallio67, lIndio 111, lo Iodio 131 o il Tecnezio 99m,oppure una Tomografia ad Emissione di Positro-ne (P.E.T.), utilizzando radionuclidi ad emissio-ne di positrone come ad esempio lOssigeno 15,il Fluoro 18, il Gallio 68 o lIttrio 86.

Le radiazioni gamma emesse dai radionuclidiimpiegati, a differenza di quelle beta o alfa, han-no un effetto tossico sullorganismo molto bas-so, e pertanto trascurabile; (vedi cap.6, 12 e 15).

La Scintigrafia ha per un importante limiteintrinseco nella bassa Risoluzione Spaziale(R.S.) delle immagini ottenute (vedi fig. 1.2.a,1.4.a-f, 1.9, 2.2.c., 14.1, 15.9).

Daltra parte, la Scintigrafia S.P.E.T. o P.E.T. in grado di captare concentrazioni estrema-mente basse di sostanza radioattiva gam-ma-emittente (1,0 E-10,12 moli /grammo di tessutobiologico).

Endoscopia

Le metodiche endoscopiche permettono le-splorazione di cavit corporee, anche virtuali,mediante limpiego di endoscopi, sistemi a tubi

flessibili e lunghi, contenenti migliaia di fibreottiche del diametro di circa 10 micrometri, di-sposte parallelamente fra loro.

Il sistema si basa sul principio fisico che unraggio di luce, attraversando una fibra ottica,emerge dallestremit opposta a quella dingres-so senza subire modificazioni significative.

Ci comporta che le informazioni, e quindi leimmagini portate dal fascio di luce, non sono al-terate e possono essere utilizzate per riprese ci-nematografiche o soltanto fotografiche.

Lapproccio alle cavit anatomiche pu avve-nire attraverso un accesso naturale (esofago-ga-stro-duodeno-scopia, bronco-scopia, retto-co-lon-scopia, cisto-scopia e istero-colpo-scopia),un accesso chirurgico o artificiale (toraco-sco-pia, laparo-scopia, mediastino-scopia e ar-tro-scopia).

Ecografia

LEcografia (E.G.) ha in parte risolto il pro-blema della scarsa R.S. delle immagini anato-miche, osservabili in Scintigrafia.

Operando inoltre in assenza di radiazioni,essa si ampiamente diffusa, dato il suo bassocosto di utilizzo e la sua facilit di esecuzione(vedi fig. 1.2.b).

In particolare, lEco-Tomografia (E.T.G.) hacos aperto alla diagnostica per immagini nuoveprospettive nel campo dello screening dei pa-zienti e del follow-up delle patologie riscontrate,quali ad esempio il monitoraggio ecografico delfegato per la localizzazione di noduli neoplasticida trattare con alcolizzazione eco-guidata, e leneoplasie del tubo digerente o mammarie (Eco-grafia duttulo-radiale). In ultimo, ha fatto la suacomparsa lEcografia con velocimetria color-doppler, per la valutazione della vascolarizza-zione di neoplasie solide.

Recentemente, la E.T.G. ha cominciato adavvalersi anche dellimpiego di mezzo di con-trasto (MDC), sostanzialmente microbolledaria, con risultati di buona visualizzazione.

Tomografia Computerizzata a raggi X (T.C.X.)

La Tomografia Computerizzata a raggi X(T.C.X.) basata sullimpiego di fasci di radia-zioni X detettati da cristalli scintillatori, accop-

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piati a fotodiodi, dopo il passaggio dei raggi at-traverso sezioni progressive dei tessuti corporeidel paziente, che vengono quindi analizzate dalcomputer (vedi fig.1.2.c).

Essa stata una evoluzione della precedente

Tomografia a raggi X (T.X.), ideata negli anni30 da Alessandro Vallebona, evoluzione basatasullimpiego del computer.

Lesame T.C.X. panoramico, standardizza-bile, non operatore-dipendente, e ripetibile.

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Fig. 1.1.: Apparecchiatura S.P.E.T. a doppia Gamma-Camera (G.C.) ruotante (per gentile concessione Piccin Editore).

Tratta da: Gianazzo E., Lezioni di Biofisica e tecnologie biomediche Vol.1, Informatica medica e tecnologie biomediche, fig.5.19, pag. 126, Piccin Editore, 1993.

Elevata la risoluzione di contrasto e spazia-le, che ha cos colmato le lacune della Scintigra-fia e dellE.T.G., consentendo alla moderna Me-dicina di attuare protocolli diagnostici e di sta-diazione per neoplasie quasi unicamente su baseT.C.X.

I modelli pi recenti, detti T.C.X. spirale,sono basati non pi su singole acquisizioni, stepby step, intervallate fra loro di parecchi secondiallo scopo di accelerare e quindi decelerare iltubo radiogeno rispetto al paziente, ma sono ba-sati su acquisizione continua, con effetto spiraledei dati grezzi ottenuti, poich basati su un movi-

mento continuo di rotazione del sistema tubo-de-tettori, associandolo ad un incremento continuoorizzontale del lettino del paziente: ci ha con-sentito il superamento dei problemi di ricostru-zione multiplanare e tridimensionale, non risoltidalla T.C.X. convenzionale, e di ovviare ai pro-blemi di respirazione, di peristalsi, di flusso san-guigno, di movimento dorgano e, relativamen-te, di paziente.

Tramite iniezione di Iodio 127 (MDC) laT.C.X., sia convenzionale che spirale, oggi ingrado di fornire dati ancora pi precisi e detta-gliati del tumore e delle sue eventuali metastasi.

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Fig. 1.2.: raffronto fra Scintigrafia (1.2.a.1, 1.2.a.2), Eco-Tomografia (1.2.b) e Tomografia Computerizzata a raggi X (1.2.c) su milzanormale (per gentile concessione Piccin Editore)Tratto da: Stuart C., Radiologia medica e altre indagini strumentali per immagini, Terza edizione, Pag 461, fig. 15.2/1, 15.2/2,

15.2/3, 15.2/4, Piccin Editore, 1991 .1.2.a). Scintigrafia eseguita in proiezione planare su milza normale.a.1) Proiezione anteriore; a.2) Proiezione laterale sinistra. Molecola impiegata: macroaggregati di albumina, marcati con Tecnezio99 metastabile, gamma-emittente puro.

1.2.a.1. 1.2.a.2.

Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare(T.R.M.N.)

stato poi in questo contesto, ma primadellintroduzione della T.C.X. spirale, che ap-parsa la T.R.M.N.: essa definita in letteratura

come quella tecnica che, in assenza di radiazio-ni ionizzanti, utilizza il fenomeno della Risonan-za Magnetica Nucleare (R.M.N.) con la finalitdi formare immagini di sezioni corporee, quindipropriamente immagini tomografiche.

Lesperienza acquisita in pi di dieci anni disperimentazione clinica controllata ha dato am-pia dimostrazione della validit della tecnica diR.M.N., anche se alla diffusione di questa si op-pongono ancora il costo elevato di installazionee di esercizio.

Le immagini ottenute con la R.M.N. sono so-stanzialmente dipendenti dalle diverse proprietlocali dei nuclei atomici misurati in vivo, nel pa-ziente: la densit dei nuclei didrogeno, la co-stante del tempo di rilassamento longitudinale(T1) e la costante del tempo di rilassamento per-pendicolare (T2, e T2 star).

La R.M.N. pertanto una tecnica particolar-mente attraente poich possibile modificare,tramite la scelta di misurazione voluta, il ruolo diciascuna delle tre propriet indicate sopra, ricer-cando la combinazione empirica capace di porta-re al maggior contrasto di visualizzazione per lapatologia ricercata.

Le nuove sequenze di segnale, definite velocie ultraveloci, risolvono inoltre limportante que-stione di come visualizzare gli aspetti dinamici efunzionali di organi e apparati in movimento, insede toracica e addominale, nonch di ridurre itempi di acquisizione per esami estesi a grandimasse volumetriche, con tempi minimi, teorica-mente di pochi minuti per un esame completo delpaziente (Whole Body); (104).

Inoltre, tale indagine strumentale prevede lapossibilit di iniettare nel circolo ematico parti-colari sostanze come MDC, allo scopo di benevidenziare determinate molecole o tessuti.

Queste sostanze sono paramagnetiche, o fer-romagnetiche, poich inducono alterazione dellaomogeneit del campo magnetico locale.

Fra esse, particolare importanza stata as-sunta dal Gadolinio 157 (vedi fig. 1.3, 1.5).

Tali MDC esplicano la loro azione nei con-fronti delle molecole dacqua: in particolare, in-teragiscono con i protoni dIdrogeno che risuo-nano modificandone i tempi di rilassamento, conconseguente variazione del naturale contrastointrinseco.

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1.2.b). Eco-Tomografia (E.T.G.) della milza: questa scansioneobliqua stata eseguita tuttattorno alla parete laterale del tora-ce per dimostrare i rapporti tra la milza, lemidiaframma di sini-stra e la parete toracica. Gli echi di ritorno dalla milza sonoomogenei.

1.2.c). Tomografia Computerizzata a raggi X (T.C.X.): basatasullimpiego di fasci di radiazioni X detettati da cristalli scintil-latori, accoppiati a fotodiodi, dopo il passaggio dei raggi attra-verso sezioni progressive dei tessuti corporei del paziente, chevengono quindi analizzate dal computer. Si noti lestrema R.S.dellimmagine.

Lelemento paramagnetico, agendo da accet-tore di energia, rende pi veloce la transizioneenergetica spin-reticolo, e accorcia il T1 del tes-suto dove disperso.

Attualmente, accanto alle T.R.M.N. a cilindrochiuso, sono comparsi sul mercato tomografi a ma-gnete aperto, come ad esempio il MAGNETOMOpen (Siemens), il Signa MRT (General ElectricMedical Systems), oppure lAiris TM (Esaote Bio-medica). Sono sistemi che consentono:

1) Procedure intervenzionali RMN-guidatecome la biopsia (cap. 5.1.2).

2) Procedure intervenzionali RMN-guidate deilinfonodi-sentinella attualmente eseguite inMedicina Nucleare (M.N.) (cap. 5.1.2).

3) Termo-Terapia Interstiziale Laser(T.T.I.L.); (18).

4) Terapia ad ultrasuoni focalizzati ad alta in-

tensit (H.I.F.U.: High Intensity FocusedUltrasound); (cap. 5.1.7).

5) Impiego di lettini completamente rimovibilie pertanto implementabili a sistemi di centra-mento in vivo per Radio-Terapia Esterna(R.T.E.) di tipo tradizionale (fotonica) oadronica, in entrambi i casi di tipo stereotas-sica su precedente staging T.C.X. o T.R.M.N.(vedi cap. 3.2.a, fig. 3.4 e fig. 20.3).

6) Teoricamente, sono anche presupponibili ap-procci radio-immunoterapeutici in CampoMagnetico Statico (C.M.S.), come indicato alcap. 16 e 18 di questo lavoro, sulla base diquanto gi dimostrato in letteratura con il Di-sprosio 165 (10, 107), con la magnetite-90Y (38),e con i lavori di Widder (111-114).

Fin qui i sistemi diagnostici pi usati per la ri-cerca e stadiazione di neoplasie.

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Fig. 1.3.: Localizzazioni linfomatose a carico del rachide dorsale in Tomografia a Risonanza Magnetica Nucleare (T.R.M.N.).A) Sezione sagittale, sequenza Spin Echo T2 pesata (T.R. 1800, T.E. 80): il corpo vertebrale di D7, marcatamente iperintenso, si pre-senta ridotto in altezza e di morfologia alterata per un aspetto bombato dei muri anteriore e posteriore, con conseguente impronta sulsacco durale. Coesiste aumento di segnale a carico del corpo vertebrale di D9, che non presenta alterazioni morfologiche.B) Sezione sagittale, sequenza SPIR (T.R. 340, T.E. 30) dopo somministrazione endovenosa di Gd-DTPA: si confermano i reperti ap-prezzabili in A, rilevandosi con maggiore evidenza limpronta sul midollo allaltezza di D7.

Tratto da: A. Del Maschio, R. Musumeci, C.M. Uslenghi, Risonanza Magnetica in Oncologia,Masson, Milano. Parigi. Barcello-na. Bonn, Fig. 19.13, pag.274, 1993.

Attualmente la cura dei tumori in stadioavanzato, cio con metastatizzazione a distanza,viene eseguita generalmente con Radio-TerapiaEsterna (R.T.E.) a medio-grande campo, dettaanche R.T.E. su Volume Bersaglio Clinico (Cli-nical Target Volume o C.T.V.), associata a Che-mio-Terapia sistemica (CH.T.), ove la R.T.E. finalizzata alla sterilizzazione sia della massa tu-morale visibile alla T.C.X., o alla T.R.M.N. (laScintigrafia e la E.T.G. non lo consentono, so-prattutto per scarsa R.S.), sia del volume tissuta-le ove presupponibile o parzialmente eviden-ziabile la presenza di localizzazione maligna mi-croscopica, mista a tessuto biologico normale,costituito da parenchima dorgano, vasi sangui-gni, fasci nervosi, connettivo, tessuto linfonoda-le (R.T.E. su C.T.V.).

La CH.T. sistemica, eseguita tramite iniezio-ne endovenosa della stessa, invece diretta alladistribuzione della sostanza tossica in tuttolorganismo, poich impiegata per la sterilizza-zione di tutte le cellule in accrescimento, com-prese quindi anche quelle neoplastiche.

I danni ai tessuti sani della R.T.E. a medio-grande campo rendono per molto spesso im-possibile il raggiungimento della dose tossica altumore a livelli terapeuticamente efficaci, a cau-sa della relativa resistenza alle radiazioni dellecellule tumorali rispetto ai tessuti sani, resisten-za che, se paragonata in termini di C.D.E. (Cro-no-Dose-Eritema;9,11,12), fornisce valori differen-ziali notevoli, con dose terapeutica necessaria intessuto ipossico di 2-3 CDE per i linfomi, di 6-7CDE per i carcinomi e di 9 CDE per i melanomi,rispetto alle dosi massime tollerabili per i tessutisani (0,21-1,5 CDE); (vedi anche cap. 6).

Analogamente alla R.T.E. a medio-grandecampo, anche la CH.T. spesso non raggiunge ladose tossica al tumore a livelli terapeuticamenteefficaci, a causa soprattutto dei gravi effetti sulmidollo osseo, ove la dose massima tollerabile(in termini CDE se paragonata alla R.T.E.) nonpu superare il valore limite di 0,21-0,23 CDE.

Daltra parte, le cellule tumorali presentanosulla loro superficie particolari antigeni, o pipropriamente degli epitopi, che non vengonoespressi dalle cellule sane, o lo sono in misuramolto bassa.

Perci verso la fine degli anni 80, sia perquestioni legate alla diagnostica per immagini

della neoplasia, sia per questioni legate ad unasua possibile terapia, si inizi lo sviluppo di nuo-ve metodiche, dirette alla captazione specificaed esclusiva, in vivo nelluomo, di ammassi cel-lulari ben definiti come le neoplasie, primitive ometastatiche: ci utilizzando particolari moleco-le, dette Anticorpi Monoclonali (MoAbs), essen-do capaci, queste, di riconoscere gli epitopi sud-detti, veicolandosi pertanto su di essi, e quindisulle sole cellule tumorali, restando poi aggan-ciate alle stesse fino ad un massimo di circa48-72 ore (vedi fig. 14.2.a).

Si pens che, legando a tali MoAbs particola-ri molecole marcatrici, si potevano migliorarealmeno due delle quattro modalit di rilevazioneesterna per diagnosi indicate sopra:

1) La Scintigrafia tomografica (S.P.E.T eP.E.T.) che, se attuata con ausilio di MoAbs,prende oggi il nome di Immuno-Tomo-Scin-tigrafia (I.T.S.); (vedi fig. 1.4.a-f; 2.2.c).

2) La Tomografia a Risonanza Magnetica Nu-cleare (T.R.M.N.), eseguita tramite tracciantiparamagnetici o super-paramagnetici, fonda-mentalmente riconducibili a Gadolinio 157 eMagnetite (Fe2O3) (vedi fig.1.3, 1.5), che, seattuata con ausilio di MoAbs, possiamo oggidefinire con il nome di Immuno-Tomografiaa Risonanza Magnetica Nucleare (I.T.-R.M.N).

Sul versante terapeutico, limpiego deiMoAbs risult particolarmente utile, poich aquesti ultimi potevano anche essere legate dellesostanze tossiche radioattive, cio ad emissionebeta o alfa come lIttrio 90 o lAstato 211 (Ra-dio-Immuno-Terapia, R.I.T.) (72, 73; 31), oppure so-stanze tossiche non radioattive, simili a quelleimpiegate in Chemio-Terapia (Chemio-Immu-no-Terapia, C.I.T.) o, infine, sostanze adiuvantile difese immunitarie, come il Fattore di NecrosiTumorale, T.N.F. (TNF-Immuno-Terapia, TNF-I.T.).

Negli ultimi 15 anni, circa 250 tipi di MoAbssono stati impiegati in ricerca, in diagnostica edin terapia (vedi cap. 2.2, tab. 2.3).

Si pu sostanzialmente affermare che la mag-gior parte di essi ha dimostrato di conservare buo-ne capacit di accumulo in sede tumorale, mapurtroppo con lunga permanenza nel circoloematico e inoltre con notevole accumulo a livel-

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lo del fegato, della milza e soprattutto del midol-lo osseo (Sistema Reticolo Endoteliale, S.R.E.);(vedi fig. 1.4.a-f).

Incide inoltre la bassa percentuale di accumu-lo al tumore degli anticorpi iniettati, in media lo0,01% della dose totale somministrata (vedi cap.2), e la bassa diffusibilit dei MoAbs allinternodel tumore, per ragioni legate alla elevata pressio-ne interstiziale delle neoplasie; (vedi cap. 4).

Per ridurre il problema di accumulo aspecifi-co e quello di una prolungata permanenza in cir-colo dei MoAbs, si sono allora ricercati altri si-

stemi per ottenere indici di miglioramento nellalocalizzazione tumorale, tali da consentire unamaggiore sensibilit diagnostica in vista di ap-plicazioni terapeutiche.

Idealmente, lalta specificit dei MoAbs sisarebbe potuta sfruttare al meglio somministran-do la sostanza marcatrice solo quando lanticor-po, non legato al tumore, fosse stato completa-mente eliminato dal circolo ematico e dal S.R.E.,restando quindi solo lanticorpo legato alle cel-lule tumorali della neoplasia primitiva e dellemetastasi.

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1.4.a 1.4.b

Fig. 1.4.a: Fetta (slice) I.T.S. assiale trasversa. Tumore del sigma (freccia aperta) davanti ai vasi iliaci (frecce piene).Fig. 1.4.b: slice I.T.S. coronale del bacino 24 ore dopo liniezione di anticorpi anti-CEA radio-marcati con Iodio 123 (gamma emit-tente). La recidiva tumorale visibile (freccia) subito sopra la vescica (V, area chiara pi grande). Lattivit circolante bassa, leossa del bacino non sono visibili.

Fig. 1.4.c (figura doppia): slice tomoscintigrafica transassiale del fegato dopo liniezione di sulfuro colloidale marcato con 99mTc (fi-gura a sinistra) e slice I.T.S. della stessa regione dopo liniezione di anticorpi anti-CEA marcati con Iodio 123 (figura a destra). Il sol-furo colloidale si distribuisce in maniera a-specifica (parte chiara della figura a sinistra).Le zone fredde presenti nella Scintigrafia con colloide (parte scura della figura a sinistra) corrispondono alle zone di accumulodellanticorpo (I.T.S.: parte chiara della figura a destra), a conferma della loro natura metastatica.Fig. 1.4.d: metastasi epatica (freccia) del fegato 48 ore dopo liniezione di anticorpi marcati con Iodio 123 (c = cuore).

1.4.c 1.4.d

Per ottenere questo risultato, la sostanza desi-derata avrebbe dovuto dimostrare la capacit diuna sua rapida diffusione attraverso i tessuti, peressere poi catturata dallanticorpo, precedente-mente gi legatosi, qualche giorno prima, allecellule tumorali.

Tali considerazioni condussero pertanto alconcetto di pre-targeting tumorale, metodica incui i MoAbs e la sostanza marcatrice vengonosomministrati separatamente.

In vivo, un buon strumento per convogliare lasostanza desiderata sullanticorpo gi presentesul tumore si dimostrato essere il sistema avidi-na-streptavidina-biotina (90): in tale metodicaviene sfruttata lalta affinit di legame della bio-tina (legata a MoAbs) per lavidina e per la strep-tavidina, e di queste ultime con ulteriore biotina,a sua volta complessata tramite chelanti, come ilDTPA, il DOTA, o il PDTA, a queste particolarimolecole marcatrici (R), dove R = agente di se-gnale fisico per rilevazione esterna (I.T.S. inS.P.E.T. o in P.E.T.; I.T.-R.M.N.), oppure sostan-za adatta per terapia (R.I.T.; C.I.T.; TNF- I.T.).

Il sistema, recentemente provato con bioti-na2-DTPA-R, sia per I.T.S. (70, 93) che per R.I.T.(20), ha dimostrato di essere privo di tossicit peri tessuti e gli organi sani, di avere una buona sen-sibilit, in relazione anche alle dimensioni dellaneoplasia e, se impiegato con buoni MoAbs,

unottima specificit per il tumore stesso. In me-rito a sensibilit e specificit, vedi cap. 1.9.

Il sistema di pre-targeting, descritto al cap. 2e 5, si caratterizza per i seguenti passaggi:

1) I MoAbs biotinilati vengono iniettati nel pa-ziente e si aspetta che una certa parte di essivenga captata dagli antigeni tumore-associatidelle cellule neoplastiche.

2) Ventiquattro ore dopo linfusione dei MoAbsbiotinilati si inocula nel paziente lavidina ela streptavidina (a 30 minuti di distanza lunadallaltra).Lavidina ha fondamentalmente il ruolo di la-vaggio dei MoAbs biotinilati ancora circo-lanti, dato che questi ultimi tenderebbero arestare in circolo per molti giorni.Il complesso MoAbs biotinilati-avidina vie-ne rapidamente precipitato e internalizzatodal S.R.E., soprattutto a livello epatico. Lastreptavidina, iniettata 30 minuti dopolavidina, comincia a complessarsi con iMoAbs biotinilati, legati a loro volta agli an-tigeni di superficie delle cellule tumorali.

3) Si aspetta ancora un giorno, poi si inietta al-bumina biotinilata e, 30 minuti dopo, la bioti-na2-DTPA-R.

Lalbumina biotinilata elimina dal circolo lastreptavidina ancora circolante, poich a 24 ore

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Fig. 1.4.e: slice immuno-tomo-scintigrafiche (I.T.S.) coronali (postero-anteriori), toraco-addominali, di un paziente con metastasipolmonari di carcinoma colon-rettale. Si osservano focolai multipli di accumulo dellanticorpo radio-marcato nei polmoni soprattut-to a sinistra (frecce), distinguibili dal cuore(c) e dallo stomaco (e).Fig. 1.4.f: slice I.T.S. transassiale del bacino di un paziente con metastasi ossee multiple di carcinoma del colon che captano gli anti-corpi anti-CEA radio-marcati. I focolai sono presenti soprattutto nella regione sacrale.

Tratto da: Gian Luigi Tarolo, Medicina Nucleare in diagnostica clinica, Masson, pag. 265, 1993

1.4.e 1.4.f

di distanza la quantit di streptavidina ancorapresente in circolo stimata di circa il 25% dellaquota di streptavidina inizialmente infusa.

La biotina2-DTPA-R si lega alla streptavidi-na, questultima complessata ai MoAbs biotini-lati, e gi adesi al tumore, consentendo cos di le-gare la sostanza R al tumore.

Nel caso di R = Indio 111 (I.T.S. in acquisi-zioni S.P.E.T.), il complesso biotina2-DTPA-Indio 111 ha dimostrato un tempo di dimezza-mento molto rapido: dopo 2 ore, il 50-60% dellabiotina2-DTPA-Indio 111 nelle urine e solo il10% ancora circolante: solo il 3% della bioti-na2-DTPA-Indio 111 localizzato al fegato ed il2% si concentra ai reni (70, 93); (vedi anche tab.3.9 e 3.10).

Nelluomo, la percentuale di accumulo al tu-more degli anticorpi iniettati, e quindi della bio-tina2-DTPA, resta comunque molto bassa: circalo 0,01% della dose totale iniettata, per grammodi tumore, pari cio a circa 5 E-10 moli / grammodi tessuto biologico, nel caso di I.T.S. con bioti-na2-DTPA-Indio 111 (70, 93).

Fra le diverse sostanze tossiche proposte inletteratura, e attualmente usate nei Centri che sioccupano di terapia dei tumori con impiego diMoAbs, quelle radioattive (possibilmente ademissione sia beta che gamma) sono quelle pre-ferite rispetto alle sostanze tossiche non radioat-tive, poich emettendo contemporaneamente ra-diazioni ionizzanti di tipo beta e di tipo gammacomportano i seguenti vantaggi:

1). AZIONE TERAPEUTICA dovuta alle radia-zioni beta; queste, avendo un raggio di portata dicirca un millimetro o pi, possono infliggeregravi danni al tessuto neoplastico se in quantitsufficiente (vedi cap. 6 e 13); questa azione tera-peutica misurabile poich rapportabile conprecisione allemissione di radiazioni gamma,rilevabili dallesterno (vedi sotto, al punto 2).

Secondo le diverse CDE richieste per ciascuntipo di neoplasia, in base a quanto calcolato alcap.13, si stima necessario raggiungere concen-trazioni di radioattivit variabili da 20 a 900 mi-croCurie (0,74-33 Rutherford o MegaBecquerel)di radio-isotopo per grammo di tumore, purchper un tempo di permanenza totale dello stessosulla cellula tumorale con livelli di attivit sopramenzionate pari ad almeno il tempo di dimezza-mento fisico del radionuclide, a fronte di una atti-

vit totale iniettabile massima di 80-120 milliCu-rie (2,9-4,4 KiloRutherford o GigaBecquerel) diradioattivo, beta-emittente, e purch legato allabiotina-chelante (biotina2-DTPA, biotina-LC-DOTA, biotina-PDTA o altro), allo scopo di evi-tare il suo accumulo indesiderato sul midollo os-seo, sul fegato e sulla milza (S.R.E).

Il tempo di dimezzamento fisico del ra-dio-isotopo devessere superiore ad almeno 10ore ed inferiore alle 72 ore, ci allo scopo di evi-tare da un lato i rischi di danno indiretto da radia-zione al midollo osseo (vedi cap. 6 e 13), anchese il radio-isotopo legato alla biotina (essendotransitoriamente presente nel circolo ematicoper 2-3 ore), e dallaltra parte non deve avere untempo di dimezzamento fisico troppo lungo, acausa del tempo medio di permanenza dei com-plessi molecolari di MoAbs biotinilati-streptavi-dina-biotina radioattiva sul tumore, in generenon superiori alle 72 ore circa.

2). AZIONE DI RADIO-LOCALIZZAZIONE, con-sentita dalle stesse radiazioni gamma detettabiliallesterno del corpo del paziente, tramite G.C.(vedi fig. 1.1), consentendo cos ai medici di ve-dere la localizzazione della radioattivit sul tu-more; (vedi fig.1.4.a-f, 2.2.c, 14.1, 15.9).

Estremamente importante considerare chelindividuazione precisa del cercine neoplasticoperiferico e delle sue diramazioni esterne, con lelocalizzazioni metastatiche satelliti, renderebbeinutile la R.T.E. a medio-grande campo su Volu-me Bersaglio Clinico (C.T.V.), ove la R.T.E. fi-nalizzata alla sterilizzazione sia della massa tu-morale visibile alla T.C.X. o alla T.R.M.N., siadel volume tessutale ove presupponibile o par-zialmente evidenziabile la presenza di localizza-zione maligna microscopica mista a tessuto bio-logico normale.

Lazione di radio-localizzazione, consentitateoricamente dalle radiazioni gamma, detettabiliallesterno del corpo, consentirebbe invece unaR.T.E. selettiva e mirata sulle sole zone neopla-stiche, senza pi obbligo di R.T.E. estesa a gran-di volumi di tessuto sano.

Idealmente, se fosse possibile misurare, adesempio in termini CDE (vedi cap. 6 e 13), laquantit di radio-farmaco accumulatosi sul tu-more, quantificando poi il danno inflitto da que-sto sul tumore, e si sommasse tale danno a quellodella R.T.E., selettiva e mirata sulle sole zone

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neoplastiche, sarebbe cos possibile ottenere lastima di danno complessivo raggiunto sul tumo-re primitivo e sulle sue metastasi, tentando cosdi raggiungere i livelli di dose terapeutici indica-ti in letteratura medica come livelli di Dose Otti-male (D.O.), cio curativi, prima menzionati:con tali dosaggi terapeutici stato documentato,in 30 anni di lavori scientifici, la piena capacitdi remissione della malattia per molti anni(20-30), in una percentuale di pazienti molto ele-vata (90%) (9, 11, 12); (vedi anche cap. 6 e 13).

Sarebbe cos possibile teorizzare una R.T.E.successiva alla R.I.T., questultima eseguita pervia sistemica, in pre-targeting, attraverso linfu-sione nel paziente di sostanze radioattive carat-terizzate da elevato accumulo sul tumore primi-tivo e sulle sue metastasi, grazie ai MoAbs iniet-tati precedentemente (vedi cap.5).

Tali questioni condussero pertanto a svilup-pare, ancora prima dellavvento dei MoAbs perla diagnostica e della terapia dei tumori, sistemidi produzione di sostanze radioattive a costocontenuto, presso Centri di ricerca di Fisica, talida permettere il loro utilizzo su vasta scala, an-che in ospedali lontani, in reparti clinici o dia-gnostici adattati allo scopo (vedi cap. 14.5).

Attualmente, i processi di produzione di ra-dio-isotopi sono eseguiti mediante acceleratoridi vario tipo, quali il Tandem Van de Graaff, ilLINAC, sincrotroni, sicro-ciclotroni o ciclotronicommerciali, tutti in grado di accelerare fasci diprotoni, deuteroni, tritioni ed elioni in un rangedi energia variabile da alcuni MeV ad alcune de-cine di MeV, dirigendoli poi verso particolaribersagli, costituiti dalla sostanza che si vuoletrasformare in molecola radioattiva.

Le installazioni destinate alla produzione delradio-isotopo prescelto devono essere inoltredotate delle necessarie attrezzature per il proces-samento dello stesso, con sua estrazione dagli al-tri sottoprodotti della reazione nucleare, e quindiper la sua complessazione con chelanti e altre so-stanze, per la sua trasformazione nel radio-far-maco desiderato.

Queste attrezzature sono sostanzialmente ba-sate su un Modulo Automatico di Sintesi Chimi-ca (M.A.S.C.), dotato di diversi sottosistemiquali una Cella di Sintesi Chimica (C.S.C.) e si-stemi di misurazione della sostanza prodotta.

Il M.A.S.C. pu essere programmato per ef-

fettuare un certo numero di processi chimici or-ganici ed inorganici (con controllo a distanza op-pure in modo completamente automatico), sottoil controllo di un computer. La flessibilit delprogramma hardware e software permette di ef-fettuare le operazioni chimiche richieste, qualiladdizione dei reagenti e dei solventi, il trasferi-mento dei reagenti e dei prodotti tramite vials evessels, la cromatografia e la purificazione, at-traverso una successione di singoli passaggi deiquali viene prefissato il tempo.

La sostanza chimica da trasformare in mole-cola radioattiva, presente generalmente sottoforma liquida di cloruro, scorrendo in idonee tu-bature raggiunge il pozzo dirradiamento del-lAcceleratore di particelle, dove un sistema au-tomatico provvede ad irradiarlo nella manierapi opportuna per avere la massima resa di ra-dioattivit (vedi cap. 14.5).

Terminata lirradiazione ed ottenuta cos lamistura liquida radioattiva desiderata, essa au-tomaticamente portata nella C.S.C., ove avverrla manipolazione vera e propria: in questo luogosi eseguono tutte le operazioni (automatiche omanuali), ritenute idonee per legare lisotopoalla sostanza farmaceutica desiderata, ottenendoil radio-farmaco desiderato, pronto per luso.

Fin qui i progressi raggiunti dalla tecnologiaper la messa a disposizione della Medicina di so-stanze radioattive da impiegare nelluomo, perdiagnostica o per terapia dei tumori.

La via terapeutica basata sulla R.I.T., in asso-ciazione a successiva R.T.E. mirata e selettiva,sfruttando lI.T.S. (S.P.E.T. o P.E.T.) con metodi-ca di pre-targeting (MoAbs biotinilati, avidina,streptavidina, albumina biotinilata e biotina ra-dio-marcata) non ha per apportato sinora i ri-sultati sperati per loggettiva difficolt a visua-lizzare il tumore radioattivato, per via della catti-va R.S. delle immagini ottenute (vedi fig. 2.2.c),rendendo cos impossibile unaccurata R.T.E.successiva.

Viceversa, la T.R.M.N. ha dimostrato, rispet-to alla I.T.S., di poter visualizzare con estremanitidezza sezioni corporee umane molto piccole(R.S. inferiore al millimetro), e con capacit didetezione di quantit estremamente minime disostanze paramagnetiche o super-paramagneti-che legate a MoAbs ed inoculate nel pazientecome MDC (I.T.-R.M.N.), anche se in concen-

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trazioni minime (circa 1,0 E-10 moli / grammo ditessuto biologico), quantit sorprendentementesimili alle concentrazioni-limite ottenibili dallaScintigrafia e, pi propriamente, dalla I.T.S., tra-dizionalmente indicata come la pi sensibile fratutte le tecniche diagnostiche per captare con-centrazioni cos basse di MDC, in questo casotracciante radioattivo gamma-emittente, ma pur-troppo caratterizzata, la stessa I.T.S., da scarsaR.S. (ordine di qualche centimetro per organiprofondi).

Recenti lavori come quelli di Go del 1994(36), di Weisslender del 1994 (110), di Harika del1995 (40), e di Nunn del 1997 (68), hanno infattidimostrato la possibilit di detettare quantitestremamente minime di Gadolinio 157 o di Ma-gnetite, se legate a macromolecole lentamenteruotanti, poich essendo queste ultime delle mo-lecole ad elevato ingombro sterico (MoAbs,streptavidina, albumina, catene glucosilate odendrimeri), facilitano notevolmente la cessionedi energia da parte del protone risonante, con ul-teriore accorciamento dei tempi di rilassamentospin-reticolo, tutto ci in dipendenza dellin-tensit del campo magnetico applicato e soprat-tutto della sequenza di segnale prescelta.

In particolare, sotto laspetto dellincrementodi segnale indotto da macromolecole con ausiliodi particolari sequenze di segnale, esemplifica-tivo il lavoro di Harika del 1995, che ha dimo-strato buona capacit di segnale, in sequenzeGradient Echo in 3-D con molecole di Gadolinio157-DTPA-glucosio, giungendo a valori-limitedi 2-5 nanomoli / grammo di tessuto biologicocontro i valori generalmente 1.000 volte pi altidi Gadolinio 157 che bisogna avere, se que-stultimo viene impiegato con il solo chelante(DTPA-Gadolinio 157).

estremamente importante aggiungere chequeste sostanze paramagnetiche, o super-para-magnetiche, se legate a buoni MoAbs (I.T.-R.M.N.), consentono inoltre una elevatissimaspecificit di localizzazione di lesioni particola-ri, come gli epitopi tumorali, rispetto alla norma-le T.R.M.N., questultima eseguita con il MDCsuper-paramagnetico, o paramagnetico, e con lemacromolecole ad elevato ingombro sterico, masenza i MoAbs per la veicolazione specifica del-le sostanze di contrasto (Gadolinio o Magnetite)

sulla sola area patologica.I valori di concentrazione del MDC ancora

utile per la detezione esterna, in questo caso Ga-dolinio 157 legato a particolari macromolecolelentamente ruotanti (come il glucosio-chelante),sono risultati estremamente minimi, come ri-scontrato da Nunn e da Harika, e molto simili aquelli sperimentali della I.T.S. ottenuti in vivonelluomo con biotina2-DTPA-Indio 111 in inda-gini S.P.E.T. (3-5 E-10 moli per grammo di tessutobiologico) (70, 93), queste ultime prive per di suf-ficiente R.S. (vedi fig. 2.2.c), come gi noto perqualsiasi esame scintigrafico S.P.E.T. o P.E.T.

La proposta dimpiego del Gadolinio 159

Lo scopo del presente lavoro quello di pro-porre lutilizzo interdisciplinare, anche a medicinon specialisti in M.N., ma in attivit di repartoclinico con pazienti oncologici, di una sostanzache abbia buone capacit radio-terapeutiche econtemporaneamente buone caratteristiche dilocalizzazione in I.T.-R.M.N.

A tale scopo, si propone la sintesi e lutilizzodel radio-farmaco biotina-chelante-Gadolinio 157,159, prodotto tramite Modulo Automatico diSintesi Chimica (M.A.S.C.), in HCl, con suacomplessazione con biotina-chelante, nella for-mulazione finale, sterile, fisiologica e apiroge-na, pronta per inoculo endovenoso nelluomo inmaniera tale da dare un segnale I.T-R.M.N. suf-ficiente per R.T.E. stereotassica non C.T.V., suc-cessiva alla terapia di pre-targeting eseguita conMoAbs biotinilati, avidina, streptavidina, albu-mina biotinilata, e con la stessa biotina-chelan-te-Gadolinio 157,159.

Variante a questo primo modello di radio-far-maco la streptavidina-chelante-Gadolinio 157,159 (vedi cap. 2) e limpiego di liposomi biotini-lati sempre a base di chelante-Gadolinio 157,159 (vedi cap. 16, 17 e 18).

Buoni vantaggi sono dati dalla sua chimica: ilGadolinio 157, non radioattivo, attualmenteimpiegato in T.R.M.N., dimostrando buone ca-pacit di legame chimico con svariate molecolebiologiche, ultime nate dalla Ricerca scientifica,e con scarsissimo accumulo al midollo osseo incaso di distacco accidentale da tali molecole bio-logiche, molte delle quali si prestano per la vei-colazione sui tumori precedentemente targhetta-

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ti da MoAbs e da streptavidina, come ad esempiola molecola, qui proposta, di biotina2-DTPA-Ga-dolinio, chimicamente sovrapponibile alla bioti-na2-DTPA-Indio e alla biotina2-DTPA-Ittrio, ra-dionuclidi gi impiegati in M.N., rispettivamen-te per I.T.S. e R.I.T. (70, 20).

I principali vantaggi derivanti dallimpiegoin clinica oncologica del Gadolinio 159 sono so-stanzialmente le buone caratteristiche dosimetri-che (radiazioni beta con raggio di portata infe-riore al millimetro) e nella buona capacit di lo-calizzazione di tale sostanza nel paziente sottoT.R.M.N., essendo il Gadolinio 159 sovrapponi-bile al Gadolinio 157 come capacit di segnaleR.M.N. (16).

Inoltre, essendo legabile tramite chelante(DTPA, DOTA, PDTA) a biotina, il Gadolinioconsentirebbe una elevatissima specificit di se-gnale e di azione radioterapica beta-emittentetramite sistema di pre-targeting, modulato daMoAbs (I.T.-R.M.N. e R.I.T.).

Limpiego di questo radio-isotopo derivafondamentalmente dalla necessit di ottenereimmagini di bio-distribuzione della sostanza ra-dioattiva estremamente nitide sia per R.S. cheper contrasto, e ci allo scopo di eseguire, suc-cessivamente allinoculo del Gadolinio radioat-tivo (con aggiunta anche di quello non radioatti-vo, per incrementare il segnale di R.M.N.), accu-rate sedute di R.T.E. stereotassica (StereO2 inStereotactic Body Frame) (13, 54, 55, 95) mirate uni-camente alla regione pi interna del tumore, pre-cedentemente localizzata in T.R.M.N. (vedifig.3.4), abbandonando cos definitivamente ilconcetto della R.T.E. a medio-grande campo, an-cora oggi eseguita allo scopo di sterilizzare learee sospette di sede di malattia metastatica dif-fusa, definite come CTV, gravate per da note-vole danno da radiazione ai tessuti sani presenti.

Inoltre, sempre tramite I.T.-R.M.N., risulte-rebbe facilmente ottenibile uno studio precisodella distribuzione del Gadolinio radioattivo e diquello non radioattivo nella compagine neopla-stica o nelle sue adiacenze, e pertanto consentireuna stima estremamente accurata e precisa delladose di radiazioni beta somministrate dal Gado-linio 159 sulla neoplasia, e quindi della dose diradiazioni esterne (R.T.E.) che potrebbe ancoraessere somministrata senza danneggiare i tessutisani circostanti al tumore, potendo cos pianifi-

care dei precisi piani di R.T.E., diretti allo scopodi colmare il gap dosimetrico nella parte pi in-terna del tumore (non raggiunta dalla streptavi-dina-chelante-Gadolinio 157, 159 o dalla bioti-na-chelante-Gadolinio 157, 159, o dai liposomibiotinilati a base di Gadolinio 157, 159) con unsistema di calcolo radio-biodosimetrico unifica-to, come ad esempio la CDE, sia per radionuclidibeta-emittenti, quale appunto il Gadolinio 159,sia per sistemi avanzati di R.T.E. come quelliesistenti, possibilmente sotto guida I.T.-R.M.N.con sistemi dedicati come ad esempio lo Ste-reO2; (vedi anche cap. 3.2.a).

In particolare, si prefigurerebbe una R.T.E.con Adroni (2, 19), possibilmente a base di ioniCarbonio 12 (vedi cap. 20), ma con verifica intempo reale del preciso centramento del tumoretramite sistema P.E.T. sulla base di quanto svi-luppato da Kraft (47) (cap. 3.2.b), questa voltaper abbinato ad un sistema particolarmente in-novativo di posizionamento del paziente, idealeper R.T.E. stereotassica (S.B.F.: vedi cap. 3.2.a):tutto ci dopo implementazione dei datiT.R.M.N. (fig.3.4), e con possibile aggiunta dibiotina-Fluoro 18 (92), per delimitazione ulterio-re del cercine neoplastico periferico, sempre insistema di pre-targeting (vedi fig. 20.1).

In maniera pi dettagliata, si potrebbero rias-sumere in quattro punti i vantaggi applicativi diquesto radio-farmaco, descrivibile generalmentecome: biotina-chelante-Gadolinio 157,159:

A). Indurre radio-necrosi sul tumore primiti-vo e sulle sue metastasi in base alla veicolazioneesclusiva della biotina-chelante-Gadolinio 157,159 sui complessi di streptavidina-MoAbs bioti-nilati, gi presenti specificatamente sui soli epi-topi tumorali; (vedi anche cap. 2 e 5).

B). Rilevazione I.T.-R.M.N. del radio-farma-co con risoluzione spaziale sub-millimetrica,allo scopo di misurare con estrema precisione lequantit di Gadolinio localizzatesi nelle sedi neo-plastiche gi note o meno alloperatore, secondotempi di acquisizione delle immagini eseguiti inpi sedute, per un tempo non inferiore alle 72ore, allo scopo di seguire le variazioni di concen-trazione del Gadolinio 157,159, con specifico ri-ferimento alla sua fase di plateau, misurata peralmeno 16 ore a partire dalla stabilizzazione del-la biotina radioattiva sul tumore primitivo e sulle

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sue metastasi, a clearence renale superata, cio apartire da dopo le prime ore post-iniezione endo-venosa lenta del radio-farmaco.

Possibile utilizzo delle sequenze GradientEcho oppure S.P.I.R. (Spatial PresaturationInversion Recovery), per visualizzazione dellamassa neoplastica gadolinizzata e, viceversa,utilizzo delle sequenze S.T.I.R. (Short TimeInversion Recovery), per visualizzazione del-lintera massa neoplastica, comprendente ancheil volume tumorale interno, non gadolinizzatopoich non perfuso (81).

Sostanzialmente, possibilit di ricavare lecurve di attivit / tempo del Gadolinio 157,159in diversi organi del paziente, attraverso Regionidi Interesse (Region of Interest, R.O.I.) disegna-te dalloperatore sulle bio-immagini ottenutedalla I.T.-R.M.N., rendendo cos possibile defi-nire le bio-distribuzioni reali del radio-farmacoin esame (vedi anche cap.10).

Si valuter soprattutto la captazione renale odi altri tessuti durante la fase acuta (prime ore diterapia), ricercando la percentuale di uptake re-lativo e assoluto in ambito renale, per valutare eprevenire linsorgenza di possibili danni ra-dio-indotti sui nefroni.

Le immagini a conteggio massimo e minimo,con le loro rispettive R.O.I. di organo, consenti-rebbero di ottenere, in base al cambiamento per-centuale di conteggio, laccumulo o la dismis-sione del radio-farmaco dagli altri organi del pa-ziente, dalla neoplasia principale e dalle sue me-stastasi, e la stima approssimativa della dose as-sorbita da essi nel corso del tempo, stima neces-saria per la stesura successiva del piano diR.T.E. attraverso le porte di entrata dei tessutisani meno gadolinizzati.

Utili sarebbero i dati CDE applicati ai valoriottenuti dalla sovrapposizione delle diverse cur-ve attivit / tempo delle R.O.I. estratte da imma-gini ottenute in tempi diversi di acquisizione;(vedi cap. 6 e 13).

Cos, risulterebbe possibile eseguire lo studiosui valori ricercati in termini CDE: verrebbe intal modo dimostrata la percentuale di attivit inciascuna R.O.I., visualizzandola gi in terminidi CDE assoluta, per un numero di immagini ac-quisite in un arco di tempo di almeno 16 ore emezzo, essendo 1 CDE di Gadolinio 159 pari aduna attivit media stimata (in plateau per 16,5

ore) di circa 10 microCurie di attivit presentein 0,1 grammi di tessuto biologico, distribuiti in100 millimetri cubi di volume (vedi cap.13).

Una volta corretti i dati per il decadimento, siotterrebbero dei precisi istogrammi CDE a colo-ri delle diverse R.O.I., a loro volta riferite ad or-gani o aree critiche; (vedi tab. 20.3).

Questi istogrammi verrebbero normalizzatisulla vescica, essendo questo lorgano a maggio-re attivit.

Tabelle di ritenzione vescicale sarebberoinoltre utili per il calcolo della percentuale di ra-dioattivit rimasta nel paziente.

Verrebbe anche stimato il tempo di dismis-sione del Gadolinio da aree critiche, come organiparticolarmente delicati o, viceversa, aree tumo-rali importanti per grandezza e sede (vedi cap.10).

C) In base a quanto esposto al punto B, conimpiego di sequenze di segnale Gradient Echo,oppure SPIR, e successivamente STIR, si ese-guirebbe quindi la ricerca accurata di tessutobiologico non gadolinizzato posto allinterno dicercini periferici gadolinizzati di diametro supe-riore ad almeno 0,5 centimetri, indice ad altaprobabilit di tessuto neoplastico residuo ad ele-vata pressione di fluido interstiziale (High Inter-stitial Fluid Pressure, H-IFP, vedi cap. 4), conconseguente bassa perfusione ematica e quindibasso accumulo al suo interno dei grandi com-plessi molecolari a base di MoAbs biotinilati e distreptavidina, punti di legame obbligatori per lepiccole molecole di biotina-chelante-Gadolinio157,159 che, nel caso in questione, non potrannoquindi agganciarsi ai grandi complessi moleco-lari di MoAbs biotinilati e di streptavidina nonavendo precedentemente raggiunto, questi ulti-mi, la parte pi interna del tumore.

D) Valutazione collegiale I.T.-R.M.N. radio-logica e radioterapista di tali volumi intra-neo-plastici in gap dosimetrico da Gadolinio 159, perstudio di possibile R.T.E. mirata a piccolo cam-po, con attenta esclusione del tessuto sano limi-trofo posto al di fuori del cercine periferico ga-dolinizzato.

Nota: secondo lautore del presente lavoro, sarebbe da privile-giare lesecuzione di R.T.E. con nuclei leggeri come il Carbonio12 (2, 19), per rilevazione P.E.T (47) (vedi cap.3.2.b e 20), possi-bilmente con piano di trattamento conformazionale a 3-D inStereO2, con Stereotactic Body Frame (S.B.F.), con sistema di

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controllo diaframmatico (vedi cap.3.2.a) e, se possibile, con im-piego di biotina-Fluoro 18 (92) per localizzazione dei cercini neo-plastici periferici in movimento relativo sotto questa particolareR.T.E., detta adronica (vedi anche cap. 3.2.b, cap. 6 e cap. 20).

Questo, dopo staging del paziente stesso inT.R.M.N. con sistema di pre-targeting.

La presenza dello stesso Acceleratore perR.T.E. renderebbe inoltre possibile lautonomaproduzione in situ dello stesso cloruro di Gadoli-nio 159 (vedi cap. 14.5 e cap. 20).

Nelle figure riportate come esempio (fig. 1.3,1.5, 3.4) si pu notare lelevata R.S. e di contra-sto T.R.M.N.

Pertanto, nel caso di impiego di Gadolinio157 e di Gadolinio 159, si avrebbe una buona de-finizione dei campi di trattamento radioterapico,poich le molecole di Gadolinio-chelante-bioti-na, o i liposomi biotinilati a base dello stesso Ga-

dolinio 157 e 159 (vedi cap 16, 17 e 18), verreb-bero a permeare i margini dei bersagli neoplasti-ci, cos come gi dimostrato in I.T.S. per Indio111-DTPA-biotina2 (vedi cap. 2 ) (70, 93) o per i li-posomi biotinilati a base dello stesso Indio 111(vedi cap 17).

Sarebbe comunque utile, in caso di terapiacon Gadolinio-chelante-biotina, eseguire comun-que una Scintigrafia planare in doppia testataTotal Body o I.T.S. di tipo S.P.E.T. (fig. 1.1 e2.2.c), a scopo di prima valutazione delle areecorporee pi indicative di successivo esameI.T.-R.M.N.

Ritornando agli aspetti pi generali del pro-blema, come indicato ai capitoli 11 e 14, il prin-cipale obiettivo la costruzione in laboratorio diuna molecola a base di biotina (vitamina H) le-gata con Gadolinio (vedi cap. 14).

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Fig. 1.5.: astrocitoma di quarto grado (per gentile concessione Piccin Editore).Scansione assiale Inversion Recovery prima e dopo somministrazione di Gd-DTPA. In regione frontale sinistra sono riconoscibili lalesione e ledema (A). Dopo somministrazione di Gd-DTPA, la massa tumorale appare circondata da alone di rinforzo (B), costituitodal Gd-DTPA (cercine gadolinizzato).Si prevede che un comportamento analogo dovrebbe presentarlo anche il Gadolinio-DTPA-biotina2, per ragioni esposte al capitoloquarto, consentendo pertanto una R.T.E. mirata, diretta essenzialmente sulla parte interna del tumore, circoscritta dal cercine periferi-co di Gadolinio radioattivo e non radioattivo (vedi anche fig. 20.1).

Tratto da: Ruffato C., RMN. Risonanza magnetica nucleare in medicina, Pag. 402, Piccin editore, 1986

Tale molecola deve presentare caratteristichedi idrofilicit analoghe alla biotina2-DTPA-Indio (70,93), oppure alla biotina-LC-DOTA-Ittrio (20, 72, 73), alla biotina-Fluoro 18 (92), oppurealla biotina-Astato 211 (31), tutte molecole giutilizzate da anni in M.N.; (vedi anche fig. 2.2.ce 14.1).

Alternativamente, potrebbe anche essereconfrontata con il DTPA-Gadolinio o il DOTA-Gadolinio, gi abbondantemente impiegati inT.R.M.N., e caratterizzati da elevata idrofilicit(43, 97, 102-106).

In sostanza, le molecole da valutare per mi-gliore idrofilicit, migliore stabilit di legametra Gadolinio e biotina, migliore uptake allastreptavidina da parte della biotina gadolinizza-ta, ed infine migliore segnale di Risonanza Ma-gnetica Nucleare (derivante anche dalla presen-za delle macromolecole lentamente ruotanti at-torno al complesso molecolare del Gadolinio),devono essere ricercate fra le seguenti: bioti-na2-DTPA-Gadolinio, biotina-LC-DOTA-Gado-linio, nitro-benzil-PDTA-Gadolinio, nitro- ben-zil-LC-PDTA-Gadolinio, biotina-HP- D03A-Ga-dolinio, biotina-DTPA-BMA-Gadolinio, bioti-na-BT-DO3A-Gadolinio, biotina-Lys- N4-Gado-linio, biotina-N2-S2-Gadolinio, Gadolinio-PnAO-biotina2, (27, 40, 94, 97,102-106); (vedi anche cap.14.1):tutto ci a scopo di terapia mediante sistema dipre-targeting; (vedi anche cap.5).

Si potranno anche valutare catene di diaminebisbiotinilate portanti fino a 23 gruppi metilenicicome gi postulato da Green, lo scopritore del si-stema avidina-biotina (37).

A parte la stabilit del sistema molecolare,che deve restare valida per almeno 72 ore in sie-ro di animale o in siero umano, ed essere caratte-rizzata da una percentuale di marcatura suffi-cientemente elevata (pari ad almeno il 90%, datapoi la successiva complessazione del Gadolinioresiduo non legato tramite aggiunta di DTPA,con quantit finale accettabile di GdCl3

ulteriore di segnale R.M.N., modificando even-tualmente i chelanti e le altre strutture molecola-ri poste fra Gadolinio e biotina, pur garantendole note caratteristiche di idrofilicit, di stabilit edi buon legame chimico con la streptavidina,cos come gi dimostrato con diversi radionucli-di, come lIndio-DTPA-biotina2 (70), (vedi anchefig. 2.2.c e 14.1), lIttrio-DTPA-biotina2 (20),lIttrio-DOTA-LC-biotina,(20, 72, 73), lAstato211-biotina (31), il Fluoro 18-biotina (92), il Tec-nezio 99m-N4-Lys-biotina, il Tecnezio99m-PnAO-biotina, e diversi altri.

Notevole impulso dovr essere pertanto ri-volto agli ultimi modelli di sequenze veloci e ul-traveloci applicate in T.R.M.N., data la necessitdi incrementare al meglio il rapporto Segnale /Rumore (S/R) di questi complessi molecolari abase di Gadolinio 157-159, senza compromette-re la R.S., e la Risoluzione di Contrasto (R.C.)dellesame.

I MoAbs: un Osservatorio nazionale per il loroimpiego clinico

Questo libro intende inoltre sollevare il pro-blema dellampio numero di MoAbs gi esi-stenti sul mercato, ma spesso non ancora entratiin protocolli di terapia: tenuto conto che la qua-lit dellanticorpo uno degli aspetti pi impor-tanti per una buona metodica di esame direttaalla localizzazione e distruzione di tumori pri-mitivi e/o secondari, si ritiene che sarebbe op-portuno poter disporre in sede nazionale di unOsservatorio per la valutazione sperimentaledei vari tipi di MoAbs desiderati per scopi di ri-cerca e di successivo impiego clinico, nellam-bito universitario e ospedaliero, su tutto il terri-torio nazionale.

LOsservatorio nazionale sarebbe sostanzial-mente preposto alla valutazione e riclassifica-zione dei MoAbs pi specifici per le diverse pa-tologie neoplastiche suscettibili di diagnostica(I.T.S, I.T-R.M.N), e di terapia (C.I.T., R.I.T.,TNF-I.T.).

Ci consentirebbe ai medici di poter averedati aggiornati sui vari tipi di MoAbs in speri-mentazione presso strutture e Centri di ricercanazionali ed esteri, allo scopo di poter disporredi conoscenze idonee per decidere o meno sullascelta dei cocktail di MoAbs pi adatti per il sin-

golo caso clinico, impiegati quindi a ventagliosui vari tipi di sotto-popolazioni antigeniche neo-plastiche stimate per il singolo caso clinico, sullabase di biopsie ottenute dal paziente o da daticonsolidati di letteratura.

LOsservatorio dovrebbe essere collegato construtture universitarie e ditte farmaceutiche na-zionali in grado di svolgere sperimentazioni suanimale, come ad esempio topi nudi (vedi cap.14.4), per la valutazione immediata di MoAbs ap-pena prodotti allestero e ancora in fase di speri-mentazione. Ci allo scopo di avere immediata-mente disponibili nuovi tipi di MoAbs, soprattut-to per tumori rari, e quindi di consentire una loroaggiunta ai MoAbs gi presenti nei registri farma-cologici di ogni centro ospedaliero o di ricercapreposto a terapie con MoAbs.

Bisogna aggiungere che limpiego in tera-pia oncologica di MoAbs biotinilati, per il si-stema di pre-targeting avidina-biotina, gene-ralmente basato su MoAbs di derivazione mu-rina, ha notevolmente ridotto i problemi di ri-sposta anticorpale anti-murina (Human Anti-Mouse Antibodies, HAMA), rendendo pertan-to non necessaria, a fini di terapia, limpiego diMoAbs umanizzati, riducendo cos i costi diproduzione: nellimpiego routinario, in cuisono inoculati fino a 30-50 mg di MoAbs epta-biotinilati, la risposta HAMA infatti inferio-re al 4-5% (74).

Daltra parte, le nuove tecniche di ingegneriagenetica dovrebbero rendere pi facile la produ-zione delle nuove serie di MoAbs, e in tal caso sipropenderebbe a favore di quelli umanizzati, poi-ch sembrerebbero caratterizzati da una maggiorpercentuale di uptake al tumore, rispetto a quellimurini, sia pure biotinilati (dati bibliografici nonconfermati).

Apparecchiature per R.T.E. avanzata, Iper-Ter-mia (I.T.) ed Ultrasuono-terapia (H.I.F.U)

In merito agli aspetti di ingegneria e fisica deimateriali, applicati alle strumentazioni e ai mac-chinari ad uso medicale, si ritiene utile riconsi-derare brevemente gli attuali sviluppi dellaR.T.E.

In tal senso, questo lavoro vuole porre lac-cento sulle recenti innovazioni di alcuni sistemi:

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quando si deve programmare un trattamento ra-dioterapico di un tumore, bisogna considerarenon solo la dose somministrata alla neoplasia,ma anche quella assorbita dai tessuti sani postinella vicinanza del tumore da irradiare, e biso-gna inoltre tenere conto, nellambito del lavoroqui proposto, di una sovra-esposizione per con-comitanza di assorbimento da radiazioni betaprovenienti dal Gadolinio 159, iniettato nel san-gue del paziente nei giorni precedenti alla R.T.E.stereotassica prevista.

Ci importante dovendo considerare irra-diazioni secondarie non volute (da laterizzazio-ne diffusa di fasci di radiazione esterna) e le dosidi assorbimento da Gadolinio 159-chelante-bio-tina sui reni, sugli ureteri o sulla vescica del pa-ziente, vie obbligate per leliminazione di buonaparte delle sostanze radioattive impiegate nellaroutine clinica e quindi anche nel caso del Gado-linio 159-chelante-biotina, qui proposto.

Altri apparati importanti da risparmiare sonola grande e la piccola circolazione, e ovviamenteil tessuto midollare osseo.

In tempi recenti sono stati eseguiti studi perR.T.E. a piccolo campo, con fotoni prodotti daacceleratori lineari, soprattutto nella R.T.E. ste-reotassica, dove si tende a delimitare accurata-mente il volume-bersaglio, si calcola la distribu-zione della dose in modello tridimensionale an-zich solo planare, e si esegue la somministra-zione della dose con errore di dosaggio inferioreal 10%, con errore di posizione spaziale dellecurve di isodose non superiore al millimetro,avendo un gradiente molto ripido nella regioneirradiata fuori dal volume-bersaglio, minimiz-zando cos il rischio di danno ai tessuti sani cir-costanti; (vedi cap. 3 e 6).

Estremamente interessante si dimostrata latecnica complanare policentrica ad archi multi-pli eseguita con arco di 180 gradi, a fasci stret-tamente collimati, che consente una R.T.E. adalta concentrazione di dose nel bersaglio (79):essa permette di avere unampia libert di pre-scrizione della dose e del suo frazionamento,consentendo di ovviare notevolmente al deficitmaggiore della R.T.E. eseguita con raggi X,gamma o con fasci di elettroni: lelevata percen-tuale di assorbimento della dose da parte dei tes-suti sani.

Di recente si sono imposte tre ulteriori meto-diche di R.T.E.:

1) Adroterapia mediante il progetto TERA (2), eil progetto EU.L.I.M.A. (19); (vedi cap.20).

2) R.T.E neutronica con cattura su nuclei diBoro 10 o Gadolinio 157 gi presenti nel tu-more (52, 62).

3) Radio-Terapia Intra-Operatoria con elettroni,I.O.R.T. (5, 6, 42, 76, 118).

Tecniche, quindi, particolari che meriterannoin futuro maggiori attenzioni; (vedi cap. 3.2.b,3.2.c, 3.2.d, 20).

In particolare, disponendo di un Acceleratoreper R.T.E. ad alte energie, risulterebbe preferibi-le eseguire R.T.E. con Adroni, e pi precisamen-te con nuclei leggeri come il Carbonio 12, sullabase di quanto dimostrato da Kraft (47), poichquesti nuclei di Carbonio consentono una buonarilevazione P.E.T. real-time del Picco di Bragg,corrispondente cio alla zona di massima depo-sizione di energia ionizzante da parte del fasciodi radiazione (vedi graf. 3.1).

In tal senso, come riportato al cap. 20, an-drebbe ridiscussa la possibilit di ripresa del pro-getto EU.L.I.M.A., EUropean Light IonMedicalAccelerator (19), basato sullimpiego di nucleicome il Carbonio 12 e lOssigeno 16, rispettoallimpiego dei soli protoni per AcceleratoreCompatto del progetto italiano R.I.T.A.(2), allar-gandolo poi a due ulteriori sistemi aggiuntivi:

1) Un sistema P.E.T. per acquisizione in temporeale, sul teleschermo del sistema operativo,del Picco di Bragg, corrispondente alla zonadi massima deposizione di energia ionizzanteda parte del fascio di radiazione (vedi graf.3.1), in maniera sostanzialmente analoga aquanto compiuto da Kraft a Darmstadt (47).

2) Esecuzione dellAdroterapia in sistema ditrattamento conformazionale a 3-D, come adesempio lo StereO2, con Stereotactic BodyFrame (S.B.F.) e con controllo diaframmati-co: questo, gi applicato per la R.T.E. fotoni-ca, un sistema innovativo di posizionamen-to del paziente per la localizzazione del tu-more rispetto ai tessuti sani circostanti, e peril conseguente trattamento conformazionalea 3-D in procedura stereotassica non solo perla testa, ma anche per collo, torace, addome e

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pelvi (54, 55, 83, 95): con lo StereO2 attualmentepossibile lesecuzione di piani di R.T.E.avanzata, con risultati superiori alla R.T.E.tradizionale anche se ottenuti con la solaR.T.E. fotonica; (vedi cap. 3.2.a).

Da notare che tale sistema implementabilesia per acquisizioni T.R.M.N. che per acquisi-zioni P.E.T.: ci particolarmente interessanteconsiderando che la ricerca consente oggi lamarcatura del Fluoro 18 con biotina (92): la rile-vazione P.E.T. del Picco di Bragg allinternodel tumore potrebbe essere meglio definita tra-mite rilevazione di Fluoro 18-biotina presentesul margine neoplastico periferico, nelle bio-immagini osservate sul teleschermo televisivodellapparecchiatura P.E.T.

Infatti la radio-localizzazione in vivo trami-te P.E.T. dei margini periferici dei tessuti neo-plastici avrebbe lo scopo di impiegarli comepunto di riferimento, in movimento relativo ri-spetto al pennello delle particelle cariche del fa-scio di R.T.E., queste ultime in fase di massimaionizzazione sul bersaglio neoplastico (Picco diBragg, vedi graf. 3.1).

Qualunque possa essere il sistema di R.T.E.prescelto (R.T.E. fotonica, adronica, neutronicao I.O.R.T.) questi sistemi di R.T.E. devono mi-rare a raggiungere la Dose Ottimale (D.O.),cio curativa (vedi cap.6.10), pari ad una mediadi circa 2-3 CDE per neoplasie normo-ossige-nate: 1,5 CDE per i linfomi, 2,5 CDE per i carci-nomi, 3,35 CDE per i melanomi.

interessante considerare allora che laquantit di radiazione necessaria per lotte-nimento di tale valore, per tessuti neoplasticiipossici, devessere incrementata di circa 3 vol-te data la ridotta presenza di ossigeno che rendeulteriormente radio-resistente il tessuto cance-roso, con elevatissima dose risultante.

Daltra parte, proprio la ridotta presenza diossigeno, dovuta alla ridotta vascolarizzazionedel tumore, che pu rendere la neoplasia stessaparticolarmente sensibile alla Iper-Termia (I.T.,vedi cap. 7), tecnica che consiste nel riscaldare,in genere con radio-frequenze da 27 MHz, adalmeno 41-42 gradi per 20-30 minuti, la massaneoplastica, bloccando cos i sistemi di ripara-zione delle cellule neoplastiche contro gli effet-ti di precedente R.T.E., consentendo in tal

modo di mantenere un livello di Dose Ottimale,a valori di 2-3 CDE, e quindi anche nei casi,molto frequenti, di difficile approccio R.T.E.,per invasione di organi o tessuti particolarmen-te critici.

Tale sistema, particolarmente efficace, at-tualmente al centro di interessanti applicazionipratiche, tese a poter misurare in vivo il riscal-damento ottenuto sul tumore rispetto ai tessutisani circostanti, senza ricorrere ad invasivesonde termiche: studi in merito a sistemi mi-gliorativi di I.T. con sistema integrato diTele-Termo-Metria (T.T.M.) non invasivo, riu-scirebbero a ricondurre la dose irradiante diR.T.E necessaria da somministrare a valori si-mili a quelli per i tessuti neoplastici normo-os-sigenati, evitando in tal modo le elevatissimedosi prima indicate, necessarie per i tumori instadio avanzato, generalmente ipossici (2-3CDE per i linfomi, 6-7 CDE per i carcinomi e 9CDE per i melanomi), riabbassando invece talivalori di circa 1/3.

Attualmente, nella T.T.M. si punta oggi ver-so la digitalizzazione dellimmagine, allo sco-po di consentire una analisi computerizzatareal- time attraverso la R.S. di mappe termichetridimensionali di una data regione corporea(23).

Da notare, comunque, che la R.T.E. adroni-ca a base di ioni Carbonio 12, Ossigeno 16 oNeon 20 (2,19,47) determina un Effetto BiologicoRelativo (R.B.E.) sui tessuti neoplastici supe-riore a quello erogato dalla R.T.E. tradizionalea base di fotoni gamma o di elettroni (vedi cap.6), rendendo pertanto non strettamente necessa-ria lapplicazione della I.T. in merito al poten-ziamento della R.B.E. da fotoni o protoni (vedicap. 7), poich lelevatissimo L.E.T. in sede diPicco di Bragg, indotto da ioni Carbonio 12,Ossigeno 16 o Neon 20, rende facilmente rag-giungibile la D.O. richiesta, con valori CDE inporta dentrata del fascio adronico di soli 1-1,5CDE per i linfomi, 2-2,5 CDE per i carcinomi, e3,35 CDE per i melanomi (vedi tab. 6.14).

Daltra parte lI.T. non pu essere esclusadati gli altri vantaggi applicativi elencati al cap.7, come ad esempio lincremento di uptake deiMoAbs.

Ulteriori aspetti sono la messa allo studio di

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un sistema integrato di ultrasuoni focalizzati adalta intensit (H.I.F.U.: High Intensity FocusedUltrasound), sotto guida tomografica a R.M.N.,come gi riportato in letteratura (34,51,99), ma nelnostro caso finalizzato alla buona perfusione inprofondit del tumore da parte dei MoAbs, datala nota difficolt delle molecole ad uso terapeuti-co di penetrare agevolmente nelle masse neopla-stiche a causa dellelevata pressione di fluido in-terstiziale (vedi cap. 4).

Bench di importanza non immediata, si co-glie loccasione per riaprire la questione delleCamere Proporzionali Multifili (C.P.M.F.) i cuicosti, probabilmente non troppo elevati, potreb-bero rendere utile la ripresa degli studi, sullabase delle ultime novit emerse sullargomento(58).

Le prospettive attuali potrebbero essere diripresa degli studi su questo sistema di Ima-ging, poich la R.I.T. richiede una R.S. dellor-dine di almeno un millimetro, o anche meno, ein M.N. sempre pi difficile non tenere contodella bassa R.S. dei tomografi scintigrafici at-tualmente disponibili, basati sulla vecchia tec-nologia dei rivelatori a scintillazione per Foto-ne Singolo per esami S.P.E.T. o per i meno an-ziani Sistemi in coincidenza di Fotoni da anni-chilazione di Positrone per esami P.E.T., che,nella migliore delle ipotesi (Fluoro 18 in siste-mi P.E.T.), non riescono a scendere al di sottodei 4-5 millimetri di R.S. per ragioni fisiche in-trinseche; (vedi fig. 1.7, fig. 1.8, cap. 1.3, cap.5.6, 15 e 20.3).

Terapia magneto-guidata

Negli ultimi capitoli di questo lavoro (cap.16, 17 e 18) vi considerata lelevatissima su-scettivit magnetica () del Gadolinio ai CampiMagnetici Statici (C.M.S.), fatto questo che haavuto notevole influenza sulla decisione finaledi condurre il Gadolinio 159 allattenzione del-le autorit scientifiche, poich tale fatto rende-rebbe possibile eseguire una variante al model-lo di terapia finora prospettato: tale radio-isoto-po risulterebbe infatti particolarmente adattoallesecuzione di terapia mirata unicamente allemasse neoplastiche attraverso gradienti di cam-po magnetico sotto T.R.M.N., come gi esegui-

to attualmente sulluomo con magnetite radio-attiva (magnetite-Ittrio 90) (38) o Disprosio 165(10, 107).

La metodica basata sul pre-targeting diMoAbs biotinilati / avidina / streptavidina / albu-mina biotinilata e, infine, di biotina radioattiva,migliora, ma non pi di tanto, luptake al tumoredella stessa biotina radioattivata rispetto ai MoAbsdirettamente radio-marcati: daltra parte que-sto il limite massimo teorico raggiungibile, con-fidando unicamente nel fenomeno bio-fisico diun uptake al tumore effettuato unicamente subase passiva, da semplice diluizione nellorga-nismo delle molecole.

Come spiegato al capitolo 2, un uomo di 70kg di peso corporeo presenta una taglia di quasi2.700 volte pi elevata rispetto a quella di untopo (impiegato per gli esperimenti con MoAbs /avidina / biotina), giustificando quindi i valori dibasso uptake riscontrati in vivo sulluomo (circa0,01 % della dose iniettata per grammo di tumo-re), rispetto ai topi (8-20 % della dose iniettataper grammo di tumore).

Il resto della radioattivit legata alla biotinaviene comunque tutta perduta in poche ore pervia urinaria (70, 72, 73, 93).

Tale fatto di basso uptake, imputabile alladiffusione passiva, potrebbe essere modificatoimpostando una diffusione attiva, attraversolimpiego di liposomi sotto gradiente di C.M.S.,sulla base di quanto gi dimostrato in letteraturacon il Disprosio 165 (10, 107), con la magnetite-90Y(38), e con i lavori pioneristici di Widder (111-114);(vedi cap. 16).

Un C.M.S. adattato allo scopo descritto inquesto lavoro (vedi cap.18) potrebbe determina-re unelevata forza magnetica di verso opposto aquello del torrente arterioso principale, tributa-rio della regione corporea sede di malattia meta-statica diffusa, in modo da sottrarre immediata-mente dal grande circolo arterioso unelevatapercentuale del radionuclide in oggetto, e di im-metterlo, essendo a flusso ridotto rispetto al san-gue arterioso, nel circolo arteriolare e capillaredi un vasto apparato di organi, questi ultimi ca-ratterizzati da bassa velocit di flusso ematico equindi da elevato passaggio nello spazio intersti-ziale, sede o meno di metastasi; (vedi cap. 10,16, 17 e 18).

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Tale forza paramagnetica determinerebbeun elevato gradiente di campo, ma di limitate di-mensioni spaziali, lungo il principale flusso ema-tico percorso delle particelle radioattive, come adesempio la mesenterica inferiore per tumori meta-statizzanti dellintestino, la mammaria interna pertumori a partenza mammaria, la carotide comuneper neoplasie cerebrali.

Lintensit di campo dovrebbe essere ovvia-mente modulata in funzione della velocit di flus-so delle particelle e delle loro dimensioni: que-stultimo punto importante, essendo la suscetti-vit magnetica dipendente, in curva gaussiana,dalla dimensione del liposoma.

Infatti, come recentemente riportato in lettera-tura (107), nel caso di un lantanide analogo al159

Gd, il Disprosio 165 (165

Dy), stato studiato unsuo possibile impiego sotto C.M.S., con micro-sfere da 6,3 micrometri di diametro.

Nellultima parte del lavoro si descrivono per-tanto le modalit di sintesi e di preparazione di ve-scicole liposomiali biotinilate Stealth, cos comeeseguite attualmente con Indio 111, radionuclidechimicamente sovrapponibile allo stesso Gadoli-nio, come da letteratura corrente (43, 94, 106; vedi an-che cap. 11, 14 e 17), possibilmente di diametroadatto (0,1 micrometri) per non essere captate inquantit eccessiva dal sistema reticolo-endoteliale(S.R.E.) nellambito di uneventuale terapia siste-mica, nonch base per la sintesi di liposomi bioti-nilati di circa 6-7 micrometri di diametro, adatti in-vece per terapia loco-regionale intra-peritoneale, oper terapia loco-regionale intra-arteriosa.

Produzione di Gadolinio 159 e suo impiegoclinico

La produzione di Gadolinio 159 verrebbecondotta con un particolare Acceleratore da al-meno 17 MeV, collegato ad un Modulo Automa-tico di Sintesi Chimica (M.A.S.C.), munito diCella di Sintesi Chimica (C.S.C.) adattata alloscopo (vedi cap.14.5 e 20).

La procedura di sintesi del radio-farmaco particolare, poich mirata allo scopo di ottenereun prodotto costituito al 99,9% da Gadolinio157 e Gadolinio 159, privo pertanto di altri lan-tanidi fra cui il Gadolinio 158 e il Gadolinio160, questi ultimi non rilevabili in alcun modo

in T.R.M.N. e pertanto, se presenti in percen-tuale elevata, causa di insuccesso applicativodel radio-farmaco in oggetto (vedi cap. 14.5).

Il Gadolinio 159 verrebbe prodotto sotto for-ma di cloruro, data la necessit di complessarlocon la biotina o con la streptavidina in manieraanaloga a quanto abitualmente gi compiuto conil cloruro di Indio o con il cloruro di Ittrio; inoltreil Centro di produzione dovrebbe essere italiano,allo scopo di ridurre la spesa a costi accettabili(vedi cap. 14.5 e 20).

In merito allimpiego clinico sulluomo,dato lelevato numero di pazienti che potrebbe-ro usufruire di questo genere di terapia, e il ri-dotto numero dei Servizi di M.N. attrezzati peril ricovero ospedaliero dei pazienti, si ritieneche i medici oncologi dovrebbero essere abili-tati per legge a prendere sotto la propria respon-sabilit diretta le decisioni pi opportune in me-rito alla quantit, tipo e modalit di sommini-strazione dei MoAbs pi adatti al singolo casoclinico.

Inoltre, dovrebbero anche essere abilitati al-linfusione nel paziente dello stesso Gadolinioradioattivo, prendendo cos le decisioni pi ap-propriate in merito al dosaggio del radio-farma-co, e controllando poi la bio-distribuzione va-scolare della biotina radioattiva tramite un do-simetro Geiger-Muller oppure, se possibile,tramite una piccola G.C. mobile, disponibilenel reparto stesso: il vantaggio ulteriore, rispet-to alla CH.T. riposerebbe anche qui nella capa-cit di valutare clinicamente, con misure abba-stanza precise ed accurate, la buona perfusioneematica del radio-farmaco (vedi fig. 15.9).

Tale responsabilit andrebbe valutata, ai sen-si di Legge, in ottemperanza alle Direttive80/836 e 84/466 EURATOM, intese ad assicura-re la competenza professionale e protezionisticadegli operatori sanitari, definendone le respon-sabilit: in tal senso, lart 2, comma 2, prevedeun ciclo di formazione complementare in ra-dio-protezione per i professionisti (in questocaso medici-chirurghi specialisti in attivit am-bulatoriali o di reparto diverse dalla Radiologia,dalla Radio-Terapia o dalla Medicina Nucleare),quando la loro competenza in radio-protezionenon stata riconosciuta dalle Autorit compe-tenti.

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La presenza in reparto clinico di un medicospecialista in M.N. e di un Fisico sanitario, risul-terebbe comunque utile per la gestione di situa-zioni particolari, nonch per disposizioni legi-slative (art. 111, comma 11, Supplemento ordi-nario alla Gazzetta Ufficiale numero 136 del 13giugno 1995, decreto legislativo del 17 marzo1995, numero 230).

Aspetti generali della terapia proposta in que-sto lavoro

Nel protocollo di terapia presentato in que-sto libro, si propongono allattenzione del letto-re recenti innovazioni apparse in letteratura,che possono essere ritenute utili per la terapiapresentata.

Queste tecniche ausiliarie e queste sostanzefarmacologiche hanno lo scopo di:1) Rallentare la ripresa neoplastica, dopo lin-

tervento chirurgico, nelle 4-6 settimane suc-cessive, in cui non pu ancora essere eseguitala terapia con MoAbs / avidina / streptavidina/ biotina radioattiva (Gadolinio 159), dato ilrischio di uptake aspecifico di tali sostanzenelle sedi di cicatrizzazione chirurgica, anzi-ch in sede neoplastica residua (vedi cap. 5.1,5.2, 5.4).

2) Ridurre i tempi di attesa post-chirurgici pri-ma dellinizio della somministrazione deiMoAbs e delle sostanze ad essi collegati(vedi cap. 5.1, 5.2, 5.4 e 8.2).

3) Ottenere una buona riduzione della elevatapressione di fluido interstiziale (H-IFP: HighInterstitial Fluid Pressure) presente nellacompagine neoplastica, con sua caduta a li-velli di bassa pressione (L-IFP: Lower Inter-stitial Fluid Pressure), migliorando in talmodo luptake al tumore delle sostanze far-macologiche (vedi cap. 4).

4) Migliorare il profilo antigenico delle celluleneoplastiche, incrementando in tal modo ilnumero dei MoAbs captabili dalle cellule neo-plastiche (vedi cap. 7, 8, 9.4).

5) Potenziare gli effetti cito-riduttivi delle ra-diazioni sulle cellule neoplastiche (vedi cap.7, 9.2).

6) Proteggere il midollo osseo dalla transitoria

esposizione alle radiazioni ionizzanti da159Gd (cap. 9.4.d).

7) Determinare, se possibile, una parziale rispo-sta immunitaria nei confronti del tumore resi-duo (vedi cap. 9.4.a).

8) Applicare nuove strumentazioni ad elevatarisoluzione termica nell I.T. in vivo, senzanecessit di introdurre sonde termiche di mi-sura (vedi cap. 7.1).

Tecniche e metodiche strumentali ausiliarieconsiderate

1) Iper-Termia (I.T.) moderata ed elevata (vedicap. 7).

2) Radio-frequenze ELF pulsate in Campo Ma-gnetico Variabile (C.M.V.; vedi cap. 8).

3) Ultrasuono-terapia (H.I.F.U., High IntensityFocused Ultrasound), allo scopo di abbatteretemporaneamente lelevata pressione di flui-do interstiziale (H-IFP) delle neoplasie (vedicap. 4).

4) Terapia in Camera Iperbarica (T.C.I.B.) perincrementare il danno biologico da radiazionisui tessuti neoplastici ipossici o anossici(vedi cap. 5).

Sostanze farmacologiche considerate in questolavoro

1) Farmacoterapia di sostegno a scopo vasodi-latatore (vedi cap. 9.1).

2) Farmacoterapia di sostegno a scopo ra-dio-sensibilizzante (SR-4233); (vedi cap.9.2).

3) Farmacoterapia di sostegno a scopo ra-dio-protettivo (WR-2721); (vedi cap. 9.3)

4) Farmacoterapia di sostegno a scopo immu-no-modulante (vedi cap. 9.4 e 9.5), per sti-molare la formazione di antigeni neoplasti-ci di superficie o di matrice intercellulare,per determinare una ripresa del midollo os-seo dopo la eventuale deplezione leucocita-ria dovuta alla terapia con Gadolinio 159,per rallentare la ricrescita neoplastica nelperiodo-finestra intercorrente fra interven-to chirurgico e inizio della terapia conMoAbs e, se possibile, per determinare una

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risposta immunitaria al tumore, ad esempiocon linfociti Natural Killer (vedi fig. 9.1),o liposomi contenenti Interleukina, etc...

5) Potenziale farmacoterapia di pre-targeting,di secondo ciclo, con MoAbs, avidina e bioti-na-ricina, per azione cito-riduttiva (115), o conbiotina-TNF per azione immuno-modulante(66); (vedi cap. 9.4)

6) Farmacoterapia di sostegno a scopo vaso-protettivo (vedi cap. 9.6).

7) Farmacoterapia di sostegno a scopo antibio-tico (vedi cap. 9.8).

La produzione di cloruro di Gadolinio 157,159 dovrebbe avvenire quasi carrier-free, datala necessit di ottenere un prodotto quasi puro,e da legare subito alla biotina2- DTPA, o ad al-tra molecola (biotina2-PDTA, biotina-LC-DOTA, etc.), tramite M.A.S.C. munito di ap-posita C.S.C.

Il Centro di produzione dovrebbe essere ita-liano, allo scopo di ridurre la spesa a costi accet-tabili.

LAcceleratore di particelle dovrebbe esseredi energia minima, intorno ai 15-20 MeV, poichmirato al solo scopo di produrre Gadolinio 159(vedi fig. 14.4, 14.5, 14.6).

Viceversa, intendendo eseguire anche R.T.E.adronica (vedi cap. 3.2.b e cap. 20), tale Accele-ratore dovrebbe disporre di unenergia massimaintorno ai 430-450 MeV, per eseguire R.T.E connuclei leggeri (2, 19, 47), per ragioni esposte al cap.3, 6 e 20.

Il sistema verrebbe poi munito di un sistemaP.E.T. per rilevazione in tempo reale del Piccodi Bragg, corrispondente alla zona di massimadeposizione di energia ionizzante da parte delfascio di radiazione, e di un sistema conforma-zionale a 3-D (S.B.F.), con sistema di controllodiaframmatico implementabile sia per acquisi-zioni T.R.M.N. che per acquisizioni P.E.T. dellaFluoro 18-biotina (92) sul margine neoplasticoperiferico.

Pertanto, lAcceleratore di particelle do-vrebbe essere capace di accelerare anche proto-ni, con energia intorno ai 10-12 MeV, poichmirati allo scopo di produrre Fluoro 18 tramiteun secondo M.A.S.C. per sintesi automatizzatadi biotina-Fluoro 18 (vedi cap. 20.4).

1.2: La Risonanza Magnetica Nucleare

La Risonanza Magnetica Nucleare (R.M.N.)sfrutta un fenomeno discretamente presente innatura e caratterizzato dal fatto che circa 2/3 del-le specie nucleari presentano un movimento dirotazione attorno al proprio asse e cio un motoangolare quantificato dal momento angolare I,denominato anche come spin e inteso come mo-vimento cinetico dellasse di rotazione del nu-cleo su se stesso.

A seconda del rapporto numerico esistentefra protoni e neutroni, lo spin nucleare pu assu-mere diversi valori: zero, numeri semi-interi, onumeri interi.

Poich cariche elettriche in movimento gene-rano campi magnetici, anche intorno a tali nuclei presente un campo magnetico locale, che assu-me valori numerici in tutto lo spazio circostante.

Il nucleo pu pertanto considerarsi come undipolo, con un momento magnetico , dove permomento magnetico si intende la risposta dellamateria magnetizzata.

Il rapporto / I chiamato rapporto giro-magnetico o costante di Larmor.

Esso funzione della massa atomica ( numerodi massa A) e della carica (numero atomico Z).

Assume valori caratteristici per ogni tipo dinucleo: questo fatto determina la selettivit dellostudio di R.M.N. nei confronti di uno o di un al-tro elemento presente nella struttura biologica daesaminare.

importante aggiungere che, in presenza diun determinato C.M.S., ogni specie nucleare hauna frequenza caratteristica v, espressa in MHz,dipendente da (vedi tabella 1.1).

Ad esempio, la costante di Larmor nei proto-ni idrogeno pari a 42 MHz / T, cio 42 .

Ci significa che, in presenza di un C.M.S. di1 Tesla, gli spin di idrogeno ruotano a 42 milionidi giri al secondo.

Allaumentare dellintensit del C.M.S., au-menta proporzionalmente la frequenza di riso-nanza.

Anche la velocit angolare () e la frequenzadi precessione (f) sono proporzionali allinten-sit del C.M.S. secondo lequazione di Larmor(tabella 1.2).

La velocit angolare di rotazione pari alla

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pulsazione espressa in radianti per secondo (rads-1). La frequenza il numero dei periodi persecondo, espressa in Hertz, che si applica ad unfenomeno periodico.

Poich si possono scomporre i fenomeni pe-riodici in funzioni sinusoidali e rappresentarequeste ultime in forma trigonometrica, risulta al-lora che , corrispondendo ad un numero di rota-zioni al secondo, assimilabile ad una velocit dirotazione la cui unit sar 2 radianti per secon-do, cio:

= 2 (26)

Le immagini ottenute con la R.M.N. sono so-stanzialmente dipendenti dalle diverse proprietlocali dei nuclei atomici misurati in vivo, nel pa-

ziente: la densit dei nuclei idrogeno (DensitProtonica, D.P.), la costante del tempo di rilas-samento longitudinale (T1) e la costante del tem-po di rilassamento perpendicolare (T2, e T2star).

La R.M.N. pertanto una tecnica particolar-mente attraente poich possibile modificare,tramite la scelta di misurazione voluta, il ruoloparticolare di ciascuna delle tre propriet indica-te sopra, ricercando la combinazione empiricacapace di portare al maggior contrasto di visua-lizzazione per la patologia ricercata e, nel nostrocaso, per i complessi di Gadolinio-DTPA-bioti-na2 / streptavidina / MoAbs eptabiotinilati / anti-gene neoplastico.

Oltre a queste, la R.M.N. anche in grado didare informazioni sui vettori di flusso dei liquidicorporei (vedi cap. 10): velocit e direzione, po-tenzialmente utili per gli scopi indicati al capito-lo 16, 17 e 18 di questo lavoro, inerenti allimpie-go terapeutico delle vescicole liposomiali biotini-late contenenti Gadolinio 157,159-DTPA.

Tre sono i tipi di campi magnetici utilizzati inR.M.N.:

1) Campo Magnetico Statico (C.M.S.), definibi-le anche come (B0), misurato in Tesla o Gauss.

2) Gradienti di Campo lineari (misurati in Gauss/ cm), necessari per localizzare i segnali corri-spondenti a ciascun voxel.

3) Campo Magnetico Variabile (C.M.V.) oscil-lante ad alta frequenza, prodotto da bobine diemissione caratterizzate da brevi impulsi diRadio-Frequenza (R.F.) che servono a provo-care la R.M.N. dei tessuti biologici del pa-ziente.

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Frequenza caratteristica , espressa in MHz, dipendente da

Intensit del C.M.S. in Tesla

Nuclei 0,15 Tesla 0,35 Tesla 0,9 Tesla 1,5 Tesla

H (idrogeno) 6,4 14,9 38,3 63,9

Fosforo 2,6 6,0 15,5 25,9

Tab. 1.2: Formule principali

0 = B0 oppure: f0 = B0

2

essendo: = f0 2

f0 = / 2

Dove:

0 = velocit di precessione o velocit di Larmor

f0 = frequenza di precessione o frequenza di Larmor

= costante giro-magnetica di Larmor

B0 = intensit del C.M.S.

Tratto da: Desgrez A., Basi fisiche della Risonanza Magneti-

Tratto da: Desgrez A., Basi fisiche della Risonanza Magnetica, Masson 1992

Tab. 1.1: frequenze di risonanza, espressa in MHz, di alcuni nuclei per varie intensit di C.M.S.

Il fenomeno della R.M.N. pu essere suddi-visibile in due fasi distinte, che aiutano a com-prendere le attuali problematiche per il migliora-mento futuro della tecnica:1) Fase di eccitazione dei nuclei atomici, trami-

te una serie di brevi impulsi di R.F. (sequenzedi segnale).

2) Fase di rivelazione del debolissimo segnale aR.F. generato dai nuclei durante il loro ritor-no allequilibrio (FID: Free Induction De-cay).

Nota: Il FID influenzato negativamente dalle disomogeneitdel C.M.S., che fanno precessare pi velocemente alcuni proto-ni e pi lentamente gli altri.

Per risolvere tale questione sono stati perciintrodotti altri impulsi di R.F., detti di gradiente,che rendono possibile ottenere un altro segnale,di forma sinusoidale crescente fino ad un massi-mo, e poi decrescente fino a zero, detto segnaledi Echo.

In questo capitolo risulta pertanto necessarioriassumere la R.M.N., con le informazioni dibase inerenti alla fase di eccitazione dei nucleiatomici, ricordando brevemente linterazione diun C.M.S. con i nuclei, gli effetti delle onde radiosui nuclei orientati, la rotazione della magnetiz-zazione macroscopica a 90 gradi, la rotazionedella magnetizzazionemacroscopica a 180 gradi.

Successivamente, passando alla fase di rile-vazione del segnale, si considerer il Rilassa-mento, con o senza mezzo di contrasto parama-gnetico (Gadolinio 157, 159) o super-parama-gnetico (Magnetite), la Matrice, il Campo di Vi-sta (Field Of View, FOV), il Numero di Letture(NEX), il Tempo di Acquisizione (T.A.), il Tempodi Ripetizione (T.R.), lintensit del C.M.S. (B0),lo Spessore dello Strato (Thickness, THK), ilrapporto Segnale / Fondo (S/F), lIntensit diSegnale (Signal Intensity S.I.), la RisoluzioneSpaziale (R.S.), e la Risoluzione di Contrasto(R.C.).

Infine si accenner brevemente alle sequenzedi segnale attualmente note, da quelle classichealle sequenze di segnale veloci, ultraveloci eibride, con speciale riferimento alle Turbo-Gra-dient-Echo e alle sequenze con soppressione delgrasso (SPIR, STIR).

1.2.1.: Interazione di un Campo MagneticoStatico con i nuclei

Ogni nucleo di idrogeno dotato di un mo-mento magnetico.

Questo rappresentato da un vettore che neindica direzione, verso e intensit.

Per le propriet dei vettori, la loro somma un vettore chiamato risultante e avente dire-zione, verso e intensit propri.

In natura, i dipoli magnetici sono orientati acaso, per via dellagitazione termica, e quindi ivettori si annullano reciprocamente con un risul-tato uguale a zero.

Se per vengono posti in un forte campo ma-gnetico omogeneo e costante nel tempo (CampoMagnetico Statico, C.M.S.), essi tenderanno adorientarsi secondo la direzione del C.M.S., converso parallelo (up) o antiparallelo (down), pereffetto di basculamento dei nuclei.

Per i nuclei di idrogeno, immersi in unC.M.S., sono possibili solo queste due posizioni(up o down).

Il verso parallelo implica un minore dispendioenergetico, esso pi stabile e viene quindi occu-pato dalla maggior parte dei nuclei orientati.

In presenza di C.M.S., quindi, la risultantedei vettori non sar pi uguale a zero, ma sar unvettore avente direzione del C.M.S., verso paral-lelo e intensit pari alla differenza tra vettori pa-ralleli e antiparalleli: tale intensit del C.M.S.(B0) collegabile al concetto di rapporto Segnale/ Fondo (S/F), il quale direttamente proporzio-nale allintensit del C.M.S. (B0), misurata in Te-sla o in Gauss, dove 1 Tesla (T) corrisponde a10.000 Gauss (G).

Nota: il S/F aumenta al crescere dei seguenti valori (vedi dopo):intensit del C.M.S., grandezza del FOV, Spessore dello Strato(THK), Numero di Letture (NEX), e alla riduzione del numerodellaMatrice (es.: daMatrice 256 x 256 a Matrice 64 x 64).

Lincremento di S/F a seguito di riduzionedel numero di Matrice, aumento del FOV, o au-mento del THK, si traduce per in una riduzionedella R.S.: evento, questo, negativo per gli scopidescritti in questo lavoro.

necessaria una precisazione ulteriore: inquesta fase i nuclei non sono esattamente allineatisecondo la direzione z: oltre al moto intrinseco dirotazione attorno allasse nucleare, i momenti

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magnetici di spin hanno un movimento di pre-cessione attorno alla direzione del C.M.S.: talemovimento relativamente lento, ed compiutodallasse di un corpo in rotazione attorno alla su-perficie di un cono ideale: pur avendo tutti i pro-toni la stessa frequenza di precessione, sempre acausa dellagitazione termica essi non si trovanotutti nella stessa fase, ma sono desincronizzatitra loro. Quindi, il grado di accordo di fase (pre-cessione) dei momenti magnetici presenti nelC.M.S., prima d