tomografía por emisión de positrones cerebral

La tomografía por emisión de positrones cerebral es una forma de tomografía por emisión de positrones (PET) que se utiliza para medir el metabolismo cerebral y la distribución de agentes químicos radiomarcados exógenos en todo el cerebro. La PET mide las emisiones de sustancias químicas metabólicamente activas marcadas radiactivamente que se han inyectado en el torrente sanguíneo. Los datos de emisión de la PET cerebral se procesan por computadora para producir imágenes multidimensionales de la distribución de las sustancias químicas en todo el cerebro. ^{[ 1 ] : 57}

Los radioisótopos emisores de positrones que se utilizan suelen producirse mediante un ciclotrón , y los compuestos químicos se marcan con estos átomos radiactivos. Los radioisótopos que se utilizan habitualmente en la práctica clínica son normalmente 18F (fluoruro) , 11C (carbono) y 15O (oxígeno) . El compuesto marcado, denominado radiotrazador o radioligando , se inyecta en el torrente sanguíneo y, finalmente, llega al cerebro a través de la circulación sanguínea. Los detectores del escáner PET detectan la radiactividad a medida que el compuesto se acumula en diversas regiones del cerebro. Un ordenador utiliza los datos recopilados por los detectores para crear imágenes multidimensionales (normalmente volumétricas tridimensionales o tetradimensionales variables en el tiempo) que muestran la distribución del radiotrazador en el cerebro a lo largo del tiempo. Resultan especialmente útiles una amplia gama de ligandos utilizados para mapear diferentes aspectos de la actividad de los neurotransmisores, siendo el radiotrazador PET más utilizado, con mucho, una forma marcada de glucosa, como la FDG . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La mayor ventaja de la tomografía por emisión de positrones (PET) es que diferentes compuestos pueden mostrar el flujo sanguíneo , el oxígeno y el metabolismo de la glucosa en los tejidos del cerebro en actividad. Estas mediciones reflejan la cantidad de actividad cerebral en las diversas regiones del cerebro y nos permiten comprender mejor su funcionamiento. Cuando se introdujeron, las tomografías PET superaban a todos los demás métodos de imagen metabólica en términos de resolución y rapidez (tan solo 30 segundos). La resolución mejorada permitió un mejor estudio del área del cerebro activada por una tarea específica. El principal inconveniente de la tomografía PET es que, debido a la rápida desintegración de la radiactividad, se limita al monitoreo de tareas cortas. ^{[ 1 ] : 60}

Antes de que la resonancia magnética funcional (RMf) se generalizara, la tomografía por emisión de positrones (PET) era el método preferido de imagen cerebral funcional (en contraposición a la estructural), y aún hoy sigue realizando importantes contribuciones a la neurociencia . La PET también es útil en la cirugía estereotáctica guiada por PET y en la radiocirugía para el tratamiento de tumores intracraneales, malformaciones arteriovenosas y otras afecciones tratables quirúrgicamente. ^{[ 5 ]}

La tomografía por emisión de positrones (PET) también se utiliza para el diagnóstico de enfermedades cerebrales, sobre todo porque los tumores cerebrales, los accidentes cerebrovasculares y las enfermedades neurodegenerativas (como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson) provocan grandes cambios en el metabolismo cerebral, lo que a su vez produce cambios detectables en las exploraciones PET. La PET es probablemente más útil en los casos iniciales de ciertas demencias (con ejemplos clásicos como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Pick ) donde el daño inicial es demasiado difuso y produce muy poca diferencia en el volumen cerebral y la estructura macroscópica como para alterar lo suficiente las imágenes de tomografía computarizada (TC) y resonancia magnética (RM) estándar como para poder diferenciarlo de forma fiable del rango "normal" de atrofia cortical que se produce con el envejecimiento (en muchas personas, pero no en todas) y que no causa demencia clínica.

La PET también se utiliza activamente para la esclerosis múltiple y otros síndromes desmielinizantes adquiridos , pero principalmente para la investigación de la patogénesis en lugar del diagnóstico. Se utilizan radioligandos específicos para la actividad microglial . Actualmente se utiliza ampliamente la proteína translocadora de 18 kDa (TSPO). ^{[ 6 ]} En ocasiones también se realizan exploraciones PET-CT combinadas . ^{[ 7 ]}

La tomografía por emisión de positrones (PET) con oxígeno -15 mide indirectamente el flujo sanguíneo cerebral. En este método, un aumento en la señal de radiactividad indica un mayor flujo sanguíneo, que se supone que se correlaciona con una mayor actividad cerebral. Debido a su vida media de 2 minutos, el oxígeno-15 debe ser suministrado directamente desde un ciclotrón médico para este tipo de aplicaciones, lo cual resulta complicado.

La tomografía por emisión de positrones (PET) con 18F-FDG aprovecha el hecho de que el cerebro normalmente consume glucosa rápidamente. La PET cerebral estándar con 18F-FDG mide el consumo regional de glucosa y puede utilizarse en el diagnóstico neuropatológico.

• Ejemplo : Las patologías cerebrales como la enfermedad de Alzheimer disminuyen considerablemente el metabolismo cerebral tanto de la glucosa como del oxígeno. Por lo tanto, la PET con 18F-FDG del cerebro también puede utilizarse para diferenciar con éxito la enfermedad de Alzheimer de otros procesos demenciales, así como para realizar diagnósticos precoces de la enfermedad de Alzheimer. La ventaja de la PET con 18F-FDG para estos usos radica en su mayor disponibilidad. Algunos trazadores radiactivos utilizados para el Alzheimer son el florbetapir 18F , el flutemetamol F18 , el PiB y el florbetaben 18F , que se utilizan para detectar placas amiloides , un posible biomarcador del Alzheimer en el cerebro. ^{[ 8 ]}
• Ejemplos : La tomografía por emisión de positrones (PET) con FDG también puede utilizarse para la localización del foco epiléptico : Un foco epiléptico aparecerá como hipometabólico durante una exploración interictal. Se han desarrollado varios radiotrazadores (es decir, radioligandos ) para PET que son ligandos para subtipos específicos de neurorreceptores , como [ ^11C ] racloprida , [ ^18F ] falliprida y [ ^18F ] desmetoxifalliprida para los receptores de dopamina D2/D3, [ ^11C ]McN 5652 y [ ^11C ] DASB para los transportadores de serotonina , [ ^18F ] Mefway para los receptores de serotonina 5HT1A , [ ^18F ] Nifene para los receptores nicotínicos de acetilcolina o sustratos enzimáticos (por ejemplo, 6- FDOPA para la enzima AADC ). Estos agentes permiten la visualización de grupos de neurorreceptores en el contexto de una pluralidad de enfermedades neuropsiquiátricas y neurológicas.
• Ejemplo : La tomografía por emisión de positrones (PET) con 18F-FDG puede utilizarse para estimar el metabolismo de la glucosa en el ictus isquémico agudo . ^{[ 9 ]} Algunos trazadores utilizados para el ictus isquémico son el agua marcada con oxígeno-15 y el [ ¹⁸ F] FMISO . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

El desarrollo de varias sondas novedosas para imágenes PET in vivo no invasivas de neuroagregados en el cerebro humano ha llevado las imágenes PET de amiloide a las puertas del uso clínico. ^{[ 3 ]} Las imágenes de amiloide utilizan una exploración PET junto con un trazador radiactivo que se une a las placas de amiloide. La exploración puede proporcionar imágenes detalladas de la distribución de amiloide antes del inicio de la demencia. ^{[ 8 ]} Las primeras sondas de imágenes de amiloide incluyeron 2-(1-{6-[(2-[ ¹⁸ F]fluoroetil)(metil)amino]-2-naftil}etilideno)malononitrilo ([ ¹⁸ F]FDDNP) ^{[ 12 ]} desarrollado en la Universidad de California, Los Ángeles y N-metil-[ ¹¹ C]2-(4'-metilaminofenil)-6-hidroxibenzotiazol ^{[ 13 ]} (denominado compuesto B de Pittsburgh ) desarrollado en la Universidad de Pittsburgh. Estas sondas de imagen de amiloide permiten la visualización de placas amiloides que ayudan a realizar un diagnóstico clínico positivo de Alzheimer, y también ayudan en el desarrollo de nuevas terapias anti-amiloides. [ ¹¹ C]PMP (N-[ ¹¹ C]metilpiperidin-4-il propionato) es un nuevo radiofármaco utilizado en imágenes PET para determinar la actividad del sistema de neurotransmisores acetilcolinérgicos al actuar como sustrato para la acetilcolinesterasa. El examen post mortem de pacientes con EA ha mostrado niveles disminuidos de acetilcolinesterasa. [ ¹¹ C]PMP se utiliza para mapear la actividad de la acetilcolinesterasa en el cerebro, lo que podría permitir diagnósticos pre mortem de EA y ayudar a monitorizar los tratamientos de EA. ^{[ 14 ]} Avid Radiopharmaceuticals ha desarrollado y comercializado un compuesto llamado florbetapir que utiliza el radionúclido de mayor duración flúor-18 para detectar placas amiloides mediante exploraciones PET. ^{[ 15 ]}

En 2024, Flortaucipir (18F), otro trazador para tomografía por emisión de positrones (PET) utilizado para detectar la proteína tau de los ovillos neurofibrilares , la segunda característica distintiva del Alzheimer, fue aprobado en EE. UU. y en Europa. ^{[ 16 ]}

En 2019, Catana et al. ^{[ 17 ]} publicaron un artículo de revisión sobre el "Desarrollo de dispositivos dedicados a la tomografía por emisión de positrones (PET) cerebral: avances recientes y perspectivas futuras". Varias empresas a nivel mundial están trabajando en el desarrollo de un sistema PET cerebral específico, ya sea para investigación pura o para uso clínico rutinario. Una de estas empresas es Positrigo , que trabaja en el sistema NeuroLF .

Uno de los principales retos para el desarrollo de nuevos trazadores PET para neuroimagen es que estos deben atravesar la barrera hematoencefálica. Habitualmente, se han utilizado moléculas pequeñas liposolubles, ya que pueden atravesarla mediante difusión pasiva mediada por lípidos .

Sin embargo, a medida que la industria farmacéutica avanza hacia el uso de biomoléculas grandes para terapias, nuevas investigaciones también se han centrado en el uso de biomoléculas, como anticuerpos , para trazadores PET. Estos nuevos trazadores PET de mayor tamaño presentan una mayor dificultad para atravesar la barrera hematoencefálica (BHE), ya que son demasiado grandes para difundirse pasivamente a través de ella. Por lo tanto, investigaciones recientes están explorando métodos para transportar biomoléculas a través de la BHE utilizando sistemas de transporte endógenos, incluidos transportadores mediados por transportadores como los de glucosa y aminoácidos, y la transcitosis mediada por receptores para insulina o transferrina . ^{[ 18 ]}