(Kỳ 2)
Công nghệ bức xạ trong Tim mạch
Các ứng dụng trong điều trị và chẩn đoán bệnh lý về tim mạch của công nghệ bức xạ đến nay đã tập trung vào đánh giá tưới máu cơ tim, chức năng và khả năng sống với bệnh tim thiếu máu cục bộ, hướng dẫn can thiệp tái thông mạch. Mặc dù đã có nhiều tiến bộ về công nghệ hình ảnh, nhưng hình ảnh nhắm mục tiêu phân tử vẫn chưa có nhiều đóng góp về mặt lâm sàng trong y học tim mạch tương tự như ung thư hay thần kinh học. Thực tế là đối với các vấn đề liên quan đến tim mạch cho đến nay vẫn bị chi phối bởi các liệu pháp can thiệp cơ học và các liệu pháp điều trị bằng thuốc thông thường. Hình ảnh nhắm mục tiêu phân tử (có hiệu quả tốt nhất khi kết hợp với các liệu pháp (xạ trị) nhắm mục tiêu) hiện vẫn chưa thực sự cần thiết.
Tuy nhiên, với những lợi thế đã được chứng minh, ứng dụng của công nghệ bức xạ đối với các vấn đề về tim mạch sẽ được thúc đẩy trong tương lai. Sự phát triển của xạ hình và xạ trị đóng vai trò quan trọng và ngày càng được khẳng định vị trí trong nền y học hiện đại. Mới đây, những thành công của xạ hình đối với việc phát hiện bệnh amyloidosis tim là ví dụ điển hình cho thấy xạ hình và xạ trị sẽ trở thành nhu cầu cần thiết trong tương lai.
Bệnh amyloidosis tim là bệnh hiếm gặp nhưng có tỷ lệ gây tử vong cao. Hiện nay đã có nhiều loại thuốc đặc hiệu, nhưng chi phí lớn và có yêu cầu về mặt xác định chính xác mức độ phù hợp của bệnh nhân trước khi tiến hành điều trị. Các liệu pháp cụ thể khác như RNA, peptit nhắm mục tiêu, liệu pháp sử dụng phân tử nhỏ, hạt nano, hoặc các sản phẩm tế bào đang được phát triển cho các bệnh lý khác nhau của cơ tim, thành mạch, hệ thống dẫn truyền. Tuy nhiên, để sử dụng được các liệu pháp đó, yêu cầu về việc hướng dẫn của các dấu ấn sinh học dành riêng cho mô là rất cần thiết.
Trong lĩnh vực theo dõi chức năng tim, như điều chỉnh hệ thống miễn dịch và xơ hóa mô, xạ hình đóng vai trò là dấu ấn sinh học quan trọng để xác định những bệnh nhân phù hợp nhất tương ứng với liệu pháp điều trị và để theo dõi chuyển biến trong quá trình điều trị. Theo đó, các ứng dụng của kỹ thuật can thiệp phân tử hình dung trực tiếp bằng hình ảnh phân tử sẽ trở thành cốt lõi trong chăm sóc sức khỏe tim mạch. Bên cạnh đó, các thụ thể chemokine như thụ thể chemokine 4 CXC-motif 4 (CXCR4) hoặc thụ thể chemokine 2 CC-motif (CCR2) và các yếu tố tiền xơ như FAP đã có thể dễ dàng quan sát bằng hình ảnh phóng xạ.
Hình ảnh xạ hình tưới máu cơ tim
Các loại thuốc phóng xạ ban đầu được thiết kế cho các ứng dụng khác ngày càng trở nên có giá trị đối với hình ảnh tim mạch, như: sử dụng các tác nhân tìm kiếm xương hoặc các tác nhân nhắm mục tiêu β-amyloid để phát hiện amyloidosis tim; sử dụng natri florua đối với hình ảnh xơ vữa động mạch và vôi hóa van tim; sử dụng một số tác nhân liên kết khối u như DOTATATE hoặc methionine đối với thành mạch và cơ tim. Điều đó cho thấy rằng bệnh thường không giới hạn ở một cơ quan hoặc tổn thương đơn lẻ. Sự tương đồng giữa các cơ quan và sự tương tác hoặc sự không đồng nhất của chúng trong các mô khác nhau sẽ ngày càng chứng minh vai trò của hình ảnh bức xạ trong nền y học hiện đại.
Tim là trung tâm của hệ tuần hoàn nhưng cũng bị ảnh hưởng bởi các hệ thống khác, như hệ thần kinh hoặc hệ miễn dịch. Do đó, tình trạng tim mạch có mối liên hệ chặt chẽ với bệnh của các cơ quan và mô khác, bất kỳ sự can thiệp nào đều phải xem xét toàn diện các tác động lên vùng đích và các mô. Xạ hình là kỹ thuật chỉnh thể và duy nhất, phù hợp với các mạng lưới hệ thống như vậy, cung cấp mối liên hệ giữa các tác nhân gây viêm ở tim, hệ thống tạo máu, thành mạch và các cơ quan khác như não và thận; hình ảnh tác động của khối u và liệu pháp điều trị khối u trên hệ tim mạch.
Hóa Dược phóng xạ
Hóa dược phóng xạ đã phát triển thành một lĩnh vực đa ngành, trong đó các nhà hóa phóng xạ phối hợp với các nhà sinh học, vật lý, toán học, kỹ sư và bác sĩ từ nhiều chuyên ngành khác nhau. Các nhà hóa phóng xạ hiện đang phát triển các kỹ thuật mới, nhanh hơn và thiết thực hơn để tạo ra các dược chất phóng mang lại hiệu quả và phù hợp với các bệnh lý hiện nay. Sự phát triển của các phương pháp xạ trị và xạ hình mới (trong ung thư, tim mạch, thần kinh, nhiễm trùng, viêm và những bệnh khác) đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ với các bác sĩ, các nhà sinh học từ tất cả các lĩnh vực bệnh để xác định và ưu tiên các nhu cầu lâm sàng cũng như lựa chọn phương pháp tốt nhất nhằm phát triển dược chất phóng xạ.
Trong những thập niên gần đây, y học đã chứng kiến sự trỗi dậy của các phương pháp mới sử dụng dược chất phóng xạ có gắn 11C và 18F hay 64Cu và 89Zr. Trong tương lai, phải tiếp tục phát triển các phương pháp mới để khắc phục những hạn chế liên quan đến các đồng vị phóng xạ có tuổi thọ ngắn, hoạt độ cao. Các nhà khoa học cũng cần phát triển các dược chất phóng xạ đa năng, có thể tái tạo và dịch chuyển nhằm đáp ứng các ứng dụng y học hạt nhân thông thường. Đặc biệt, dù đã có những bước tiến đáng kể trong phát triển dược chất gắn 68Ga, nhưng đây vẫn sẽ là vấn đề trọng tâm trong những năm tới.
Những vấn đề sẽ phát triển trong tương lai bao gồm việc tập trung vào sử dụng các dược chất phóng xạ phát α như 225Ac-PSMA. Trong bối cảnh đó, các phương pháp liên hợp mới và chất chelat phổ biến cho các hạt nhân phóng xạ trị liệu có thể sẽ trở thành một lĩnh vực đầy hứa hạn cho sự phát triển trong tương lai. Lĩnh vực hóa phóng xạ cũng sẽ mở rộng nếu những tiến bộ song song được thực hiện: các mục tiêu kháng nguyên có mức độ thấp cũng có thể được chụp bằng kỹ thuật chính xác. Theo đó, nhiều mục tiêu trước đây được cho là không phù hợp có thể được khảo sát lại, đặc biệt là khi có những tiến bộ của thiết bị PET toàn thân có độ nhạy cao.
Trong lĩnh vực ung thư, dược chất phóng xạ đã mang lại nhiều hiệu quả nhất định, chẳng hạn như trong sử dụng 18F-fluoroestradiol kết hợp với liệu pháp điều trị nhắm mục tiêu vào thụ thể estrogen mới. Thiết bị xạ hình cũng có thể được sử dụng để theo dõi sự hiệu quả của các loại thuốc điều trị ở phía dưới mục tiêu của thuốc. Ví dụ như sử dụng hình ảnh thụ thể tăng trưởng biểu bì ở người cho các tác nhân nhắm mục tiêu tyrosine kinase và ức chế thụ thể tăng trưởng. Các ứng dụng lâm sàng của các phương pháp xạ trị như vậy có ý nghĩa quan trọng đối với giai đoạn I và II của bệnh, đơn giản hóa quy trình phê duyệt cho các phương pháp trị liệu và xạ trị mới.
Các nhà hóa phóng xạ cũng đã khám phá ra nhiều cách tiếp cận mới để tạo ra hạt nhân phóng xạ phục vụ xạ hình và xạ trị. Sự thiếu hụt 99mTc đã cho thấy sự cần thiết phải hỗ trợ các nhà hóa phóng xạ theo đuổi các phương pháp đơn giản hơn và ít tốn kém hơn để sản xuất đồng vị phóng xạ nhằm tăng tính khả dụng, giảm chi phí và đảm bảo độ tin cậy của các đồng vị này.
Tương lai của hóa dược phóng xạ phụ thuộc vào việc đào tạo thế hệ các nhà khoa học tiếp theo, nói được nhiều ngôn ngữ khoa học, trong đó hóa học và hóa phóng xạ là trọng tâm chính. Ngoài ra còn có một yêu cầu cấp thiết đối với các nhà hóa phóng xạ được đào tạo tốt, những người có thể thu hẹp khoảng cách giữa các nghiên cứu cơ bản và thử nghiệm lâm sàng. Sự thiếu hụt chuyên môn về hóa phóng xạ là một vấn đề quan trọng và nếu không được giải quyết, về cơ bản sẽ hạn chế những tiến bộ không chỉ trong hóa phóng xạ mà cả lĩnh vực y học hạt nhân, xạ trị nói chung.
Đo và phân tích dữ liệu
Các thiết bị đo đạc và phân tích dữ liệu y học hạt nhân đã phát triển không ngừng trong hơn 60 năm phát triển, thúc đẩy mạnh mẽ nền khoa học và hiệu quả lâm sang y học. Các thiết bị chụp ảnh hạt nhân đã phát triển từ các đầu dò đơn kênh quét theo kiểu tuyến tính đến các thiết bị có độ tinh vi và độ phân giải cao về năng lượng, không gian và thời gian. Hệ thống tái tạo hình ảnh đã phát triển từ dạng 2D sang dạng 3D-4D chất lượng cao. Các thiết bị PET và SPECT đã được kết hợp với CT và sau đó là MRI để cung cấp thông tin giải phẫu có độ chính xác cao, bổ sung thông tin về chức năng và phân tử trên hình ảnh bức xạ thu được. Những cải tiến này trên thiết bị đo bức xạ kèm với những tiến bộ song song trong toán học và máy tính đã tái tạo và phân tích hình ảnh PET và SPECT được rõ rang và đầy đủ hơn.
Sự phát triển của các phương pháp tái tạo hình ảnh dựa trên các mô hình thống kê và vật lý, hiện là tiêu chuẩn cho cả PET và SPECT, đã mở ra một kỷ nguyên mới về chất lượng hình ảnh. Ngoài việc tạo ra hình ảnh, khả năng đo nồng độ chất đánh dấu cũng được cải thiện đáng kể, đầu tiên đối với PET và gần đây là SPECT, cùng với các phương pháp phân tích hình ảnh tiên tiến bao gồm các mô hình dược động học và các phương pháp phân tích dữ liệu mới có thể định lượng quá trình phân tử phức tạp như hoạt động của enzym và liên kết thụ thể.
Đầu dò – Thiết bị xạ hình
Những tiến bộ trong khoa học vật liệu và điện tử mang đến nhiều cải tiến cho các thiết bị xạ hình, nâng tốc độ chụp, nhỏ gọn hơn và chính xác hơn. Các chất soi chiếu nhanh như lutetium-yttrium oxyorthosilicate tăng độ phân giải, hỗ trợ PET trong việc giảm nhiễu và hiện là tiêu chuẩn của PET, mang lại chất lượng hình ảnh có độ chính xác cao. Các thiết bị xạ hình dần nhỏ gọn, chính xác và có thời gian chụp ngắn hơn. Những thiết bị này và các thiết bị tương tự cũng đã cho phép chụp ảnh trong môi trường có từ trường cao của PET/MRI, nơi mà không thể thực hiện được với các bộ nhân quang tiêu chuẩn. Các thiết bị tiên tiến này cũng cho phép phát hiện trực tiếp các photon năng lượng cao, như trong các đầu dò kẽm cadmium được sử dụng cho SPECT. Những tiến bộ này báo trước về sự xuất hiện của các thiết bị kỹ thuật số như là tiêu chuẩn cho các thiết bị xạ hình.
Những tiến bộ của thiết bị xạ hình, khả năng xử lý điện tử và thuật toán tái tạo đã hỗ trợ khả năng quét toàn thân với trường nhìn dọc trục của PET. Thực tế là các thiết bị này có thể đồng thời phát hiện các hạt bức xạ hạt nhân ở khắp cơ thể, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chụp ảnh với hoạt độ phóng xạ rất thấp hoặc thời gian chụp siêu ngắn. PET toàn thân cung cấp khả năng đo đồng thời sự hấp thu và động học của chất đánh dấu trên toàn bộ cơ thể, do đó, có thể đo sinh học phân tử tích hợp – tức là hệ thống sinh học áp dụng cho chẩn đoán, dược lý. Đưa các thiết bị có trường rộng theo dọc trục vào ứng dụng sẽ là một mục tiêu quan trọng trong tương lai.
Tạo và phân tích hình ảnh
Khi các thiết bị được tăng khả năng thu thập dữ liệu sẽ ngày càng có nhu cầu về các thuật toán tái tạo nhanh, hiệu quả, tận dụng các phương pháp điện toán tiên tiến, bao gồm điện toán cụm và đám mây. Những tiến bộ trong khoa học dữ liệu, bao gồm trí thông minh nhân tạo AI, có thể mang lại phương pháp tăng hiệu quả và độ chính xác trong quá trình tạo hình ảnh. Việc tích hợp các mô hình đánh dấu động học và mô hình chuyển động của bệnh nhân vào các mô hình vật lý được sử dụng để tái tạo hình ảnh có thể làm tăng thêm hiệu quả và độ chính xác của các thuật toán tái tạo hình ảnh. Những cải tiến trong thiết bị xạ hình và thuật toán tạo hình ảnh đã mang lại dữ liệu hình ảnh với chất lượng và số lượng cao hơn, tạo ra một môi trường thu thập phong phú những hiểu biết về sinh học và lâm sàng, tạo ra các dấu ấn sinh học hình ảnh phân tử. Các phương pháp mới để đánh giá các kiểu hấp thụ tĩnh trên hình ảnh 3D và phân tích động học 4D được cải thiện (bao gồm các phương pháp dựa trên bức xạ và AI) cung cấp vô số phương pháp luận về sinh học in vivo.
Thiết bị chụp ảnh phân tử phi hạt nhân
Khi hình ảnh phân tử lâm sàng mở rộng ra ngoài các phương pháp hạt nhân, những tiến bộ của các thiết bị phi hạt nhân và các phương pháp tạo hình ảnh sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển dịch các phương pháp này từ các nghiên cứu tiền lâm sàng sang ứng dụng lâm sàng. Những tiến bộ này bao gồm những tiến bộ trong chụp cắt lớp quang học (CT), siêu âm và quang phổ MR. Những tiến bộ về thiết bị tương phản phóng xạ nhắm mục tiêu cũng có thể mang lại khả năng tạo hình ảnh phân tử cho CT với sự hỗ trợ của các phương pháp đo đạc tiên tiến như CT đếm photon. Những tiến bộ này sẽ hỗ trợ việc tạo dữ liệu từ các phương pháp tiếp cận đa phương thức để đo quá trình sinh học phức tạp như chuyển hóa và miễn dịch học.
Từ khóa: PET; SPCET; dược chất phóng xạ;
– CMD&DND –
