La nuova sonda St. Jude usa la PET per diagnosticare le condizioni neurologiche / New St. Jude Probe Uses PET to Diagnose Neuro Conditions

 La nuova sonda St. Jude usa la PET per diagnosticare le condizioni neurologiche. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / New St. Jude Probe Uses PET to Diagnose Neuro Conditions. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) ed altre malattie neurologiche potrebbero essere diagnosticate tramite imaging tradizionale utilizzando un nuovo approccio sviluppato presso St. Jude che consente all'imaging di rilevare lo stress ossidativo. La tecnica riutilizza il farmaco edaravone, un antiossidante utilizzato per trattare la SLA, come sonda di imaging.

"L'obiettivo dell'imaging è promuovere il contrasto, quindi vogliamo qualcosa che interagisca rapidamente con il suo bersaglio ma che poi si schiarisca rapidamente in modo da poter vedere subito il bersaglio", ha spiegato l'autore corrispondente Kiel Neumann, PhD, St. Jude Department of Radiology. "Ciò che era unico di questo farmaco è che quando reagisce allo stress ossidativo, subisce un massiccio cambiamento strutturale e di polarità che lo mantiene nella cellula e promuove il contrasto". 

I risultati sono stati pubblicati su Nature Biomedical Engineering. Il gruppo proveniva dal St. Jude Children's Research Hospital.

La tomografia a emissione di positroni (PET) è utilizzata principalmente per diagnosticare condizioni come il cancro o per esaminare gli organi. Le condizioni neurodegenerative, come la SLA e il morbo di Alzheimer, sono ampiamente diagnosticate da sintomi fisici che di solito si manifestano quando il trattamento è troppo tardivo per essere efficace.

Con l'obiettivo di migliorare la capacità della PET di verificare i segni di una malattia neurologica, i ricercatori hanno riadattato l'edaravone come sonda da utilizzare con l'imaging PET del sistema nervoso centrale. Hanno scoperto di essere in grado di rilevare lo stress ossidativo, che porta a danni cerebrali, offrendo un percorso chiaro per rilevare condizioni neurologiche

Le specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto (RONS) sono un gruppo di molecole chimicamente reattive che svolgono ruoli importanti nella segnalazione e nella crescita cellulare. Tuttavia, l'accumulo di RONS può causare stress ossidativo, che porta a lesioni e disfunzioni tissutali. Lo stress ossidativo è associato a malattie e condizioni che colpiscono il cervello ed altre parti del sistema nervoso centrale, con conseguente neurodegenerazione. 

Lo stress ossidativo è un fattore in molte malattie neurologiche, come l'ictus. In questi casi, il danno non deriva solo dalla lesione iniziale.  

"È il danno secondario successivo, che di solito deriva dalla risposta immunitaria, a causare il danno neurologico maggiore", ha spiegato Neumann. "Parte di quella risposta immunitaria è un'esplosione di specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto, a volte chiamata esplosione ossidativa". 

Le sostanze chimiche reattive rilasciate durante le esplosioni ossidative includono radicali idrossilici e perossilici, sostanze chimiche di breve durata che, in grandi quantità, possono agire come detonatori per una cascata di danni ossidativi. Come antiossidante, l'edaravone interagisce naturalmente con i RONS, portando Neumann ad ipotizzare che il farmaco potrebbe essere riutilizzato per migliorare gli sforzi di imaging. 

Il suo gruppo ha radiomarcato l'edaravone, sostituendo gli atomi nella molecola con isotopi radioattivi per consentire loro di tracciare il movimento e la degradazione del farmaco. Quando somministrato, il farmaco radiomarcato rilascia particelle subatomiche chiamate positroni in quantità impercettibili a tutti tranne che ad una scansione PET, che illumina l'area in cui si accumula il farmaco: insieme all'accumulo di RONS. 

La capacità dell'Edaravone di legare i RONS in dosi minuscole significa che è perfettamente adatto per l'imaging PET mentre può ancora essere usato come trattamento antiossidante a dosi standard. "I nostri test diagnostici sono nell'ordine dei nanogrammi o microgrammi di materiale, quindi il corpo non sa nemmeno che c'è", ha detto Neumann. 

"In definitiva, il nostro obiettivo è di utilizzare questo per avere un impatto sulla cura clinica. L'intervento terapeutico che utilizza questa tecnologia per la gestione clinica delle malattie è il futuro". 

ENGLISH

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and other neurologic diseases could be diagnosed via traditional imaging using a new approach developed at St. Jude that allows imaging to detect oxidative stress. The technique repurposes the drug edaravone, an antioxidant used to treat ALS, as an imaging probe.

“The goal in imaging is to promote contrast, so we want something that engages with its target rapidly but then also rapidly clears so you can see your target right away,” explained corresponding author Kiel Neumann, PhD, St. Jude Department of Radiology. “What was unique about this drug is that when it reacts with oxidative stress, it undergoes a massive structural and polarity change which keeps it in the cell and promotes contrast.” 

The findings were published in Nature Biomedical Engineering. The team was from St. Jude Children’s Research Hospital.

Positron emission tomography (PET) is mainly used to diagnose conditions such as cancer or to examine organs. Neurodegenerative conditions, such as ALS and Alzheimer’s disease, are largely diagnosed by physical symptoms that usually arise when treatment is too late to be effective.

Aiming to enhance PET’s ability to check for signs of neurological disease, the researchers repurposed edaravone as a probe to be used with central nervous system PET imaging. They found they were able to detect oxidative stress, which leads to brain damage, offering a clear path to detecting neurological conditions

Reactive oxygen and nitrogen species (RONS) are a group of chemically reactive molecules that play important roles in cell signaling and growth. However, accumulation of RONS can cause oxidative stress, leading to tissue injury and dysfunction. Oxidative stress is associated with diseases and conditions affecting the brain and other parts of the central nervous system, resulting in neurodegeneration. 

Oxidative stress is a factor in many neurological diseases, such as stroke. In such cases, the harm does not just come from the initial injury.  

“It’s the subsequent secondary injury, which usually comes from the immune response, which causes the most neurological damage,” explained Neumann. “Part of that immune response is a burst of reactive oxygen and nitrogen species, sometimes called an oxidative burst.” 

The reactive chemicals released under oxidative bursts include hydroxyl and peroxyl radicals, short-lived chemicals that, in large amounts, can act as a detonator for a cascade of oxidative damage. As an antioxidant, edaravone naturally interacts with RONS, leading Neumann to hypothesize that the drug could be repurposed to enhance imaging efforts. 

His team radiolabeled edaravone, replacing atoms in the molecule with radioactive isotopes to allow them to track the movement and breakdown of the drug. When administered, the radiolabeled drug releases subatomic particles called positrons in amounts unnoticeable by all but a PET scan, which illuminates the area where the drug accumulates: alongside the build-up of RONS. 

Edaravone’s ability to bind RONS in tiny doses means it is perfectly suited for PET imaging while it can still be used as an antioxidant treatment at standard doses. “Our diagnostic tests are on the order of nanograms to micrograms of material, so the body doesn’t even know it’s there,” Neumann said. 

“Ultimately, our goal is to use this to impact clinical care. Therapeutic intervention using this technology for clinical disease management is the future.” 

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/precision-medicine/new-st-jude-probe-uses-pet-to-diagnose-neuro-conditions/