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O cíclotron é um acelerador de partículas eletricamente carregadas utilizado no Centro de Produção de Radiofármacos do InsCer para produzir reações nucleares. Está localizado no primeiro andar do prédio no interior de uma sala com paredes, teto e porta de 2 metros de espessura, o chamado bunker. Toda a operação do equipamento é feita remotamente. É o bombardeio de núcleos atômicos com prótons acelerados pelo cíclotron que permite a produção dos isótopos radioativos utilizados em estudos de PET/CT, o principal dentre eles é o 18F.

Componentes do cíclotron

O cíclotron é formado por três componentes principais: o magneto, um par de eletrodos ocos semicirculares, os chamados Dees, responsável pela aceleração das partículas carregadas e uma fonte de íons capaz de gerar partículas eletricamente carregadas.  Os Dees e a fonte de íons são mantidos em um tanque sob vácuo (pressão menor a 10-6 mbar).

Princípio de funcionamento do cíclotron

Basicamente, após a ionização do gás hidrogênio na fonte de íons, os íons H- são injetados entre os Dees.

A alternância do potencial elétrico entre os Dees, gerada por uma onda de radiofrequência, é responsável pela aceleração dos íons no interior do tanque.  O magneto gera um campo que mantém as partículas confinadas e se movimentando em órbitas circulares. À medida que as partículas ganham energia em função da aceleração, o raio destas órbitas aumenta até elas alcançarem energia cinética suficiente para serem lançadas contra o alvo. É a passagem dos íons carregados negativamente através de uma folha de carbono ultrafina (stripper), que extrai seus elétrons, muda sua carga e a trajetória. Essa mudança retira os íons do tanque e permite que os mesmos atinjam o interior dos núcleos dos átomos de 18O para produzir o isótopo radioativo 18F.

O que é e como funciona a produção do radiofármaco [18F] FDG?

O radiofármaco [18F]FDG ou Fludesoxiglicose (18F) é o radiotraçador mais utilizado atualmente para diagnóstico por imagem PET/CT. Essa molécula é análoga à molécula da glicose e é utilizada para mapear o metabolismo da glicose no organismo. O [18F]FDG foi o primeiro a ser produzido no Centro de Produção de Radiofármacos do InsCer. O medicamento é administrado nos pacientes no Centro de Imagem Molecular, no segundo piso da mesma instalação, onde está o equipamento PET/CT (Tomografia por emissão de pósitrons/Tomografia Computadorizada). O FDG pode detectar alterações anatômicas e funcionais do organismo, uma vez que apresenta alta afinidade com áreas de aumento metabólico da glicose, mostrando a localização e a atividade funcional das células cancerígenas de rápido crescimento, assim como o surgimento de metástases. Os tumores, assim, podem ser detectados muito mais precocemente com este método do que com o uso das técnicas disponíveis até hoje.

A fabricação de radiofármacos em instalações próprias representa a busca constante de inovação tecnológica e um avanço diagnóstico e terapêutico.  O diferencial importante do InsCer é a localização no mesmo espaço físico, do cíclotron (acelerador de partículas – fonte dos radioisótopos) e do PET/CT, possibilitando a utilização de radiofármacos de meia-vida ultracurta, como o 11C–PIB, (meia-vida de 20 minutos), marcador de placas beta-amilóides características da Doença de Alzheimer. Outros radiotraçadores marcados com o Carbono 11 serão utilizados em projetos experimentais e devem estar disponíveis no InsCer em futuro próximo.

Você sabia que…

… a Medicina Nuclear tem sua origem no trabalho pioneiro do médico húngaro George de Hevesy, que em 1924 utilizou isótopos radioativos do chumbo como traçadores de estudos ósseos. Entretanto, foi com a descoberta dos elementos radioativos artificiais que aumentou o número de espécies possíveis de serem utilizados como traçadores. A invenção do cíclotron por E. Lawrence em 1932 tornou possível a produção de isótopos radioativos de vários elementos biológicos. O uso destes radiotraçadores produzidos artificialmente continuou com Hamilton e Stone, utilizando o sódio radioativo na clínica em 1937. Hertz, Roberts e Evans em 1938 utilizaram iodo radioativo para estudar a fisiologia da tireoide.

… o primeiro cíclotron médico foi instalado em 1941 na Washington University, St. Louis, onde isótopos radioativos do fósforo, ferro, arsênio e enxofre foram produzidos. Com o desenvolvimento do processo de fissão durante a II Guerra Mundial, a maioria dos radioisótopos de interesse médico começaram a ser produzidos em reatores. Depois da guerra, o uso de material radioativo na medicina começou a se difundir e estabeleceu um novo campo chamado medicina atômica, que somente depois passou a ser conhecido como medicina nuclear (AIEA 2008; Vallabhajosula et al. 2011).

… a energia cinética que os íons ganham no interior do Cíclotron é equivalente à adquirida por um elétron ao ser submetido a uma diferença de potencial de 16 milhões de Volts.

… o radiofármaco [18F]FDG (Fludesoxiglicose (18F)) foi produzido pela primeira vez para uso em humanos em 1976 no Brookhaven National Laboratory (NY, EUA) e a primeira imagem foi feita no Hospital da Universidade de Pensilvânia (EUA).

Fontes: João Alfredo Borges (físico médico), Louise Mross Hartmann (coordenadora do Centro de Produção de Radiofármacos) e Cristina Maria Moriguchi Jeckel (professora do curso de Farmácia da PUCRS e pesquisadora do InsCer).