Úvod » Tagy » PET - pozitronová emisní tomografie » Jak mi tráví buňky

Jak mi tráví buňky

Odebrat z mého PORTu

15. 9. 2010

Jak mi tráví buňky

Pozitronová emisní tomografie je lékařské vyšetření z oboru nukleární medicíny, které se v klinické medicíně používá teprve od devadesátých let minulého století. Toto vyšetření zobrazuje rozdílné tkáně na základě jejich rozdílného metabolismu – tedy toho, jak moc jsou buňky „hladové“ a spotřebovávají radioaktivní látku podobnou cukru. Nejvíce se tato metoda využívá v onkologii, ale také v neurologii či kardiologii. Michael se vystaví tomuto vyšetření, aby vás provedl jeho principy, postupy a výsledky.

Michael: Kulečník – to není pouze hra, která vyzkouší vaše schopnosti posoudit úhly a rychlosti.

Tereza: Je to také dokonalé jeviště, na němž se dají předvést Newtonovy pohybové zákony.

Filip: Anebo třeba zákon zachování energie a hmoty. Sledujte například tuhle srážku.

Tereza: Michael udělil bílé kouli pohybovou energii. Při srážce se část z ní přemění na teplo a zvuk, ale hmotnost se zachová … Koule existují dál.

Filip: Tohle pozorování nám připadá docela přirozené a samozřejmé. Ale co byste řekli tomu, kdyby při srážce obě koule zmizely?

Tereza: Věci přece nemohou jen tak zmizet. To nejde!

Filip: Objekty „jen tak“ zmizet přece jen mohou. Zeptejte se Paula Diraca.

Tereza: Začátek 20. století. Vědecký svět prožívá vzrušující dobu. Samotnými základy fyziky otřásají dvě nové významné teorie: kvantová mechanika a teorie relativity.

Filip: Na sjednocení obou těchto teorií pracoval mladý anglický fyzik Paul Dirac. Ve svém matematickém pojednání přišel s nečekaným výsledkem: každé existující částici přináleží antičástice. Ta jí přesně odpovídá, avšak má opačný náboj.

Michael: Vezměme si elektron – základní částici. Díky Paulu Diracovi víme, že ke každému elektronu existuje antielektron, shodující se v každém směru: má tutéž hmotnost, tentýž spin … ale má kladný elektrický náboj. Odtud jeho jméno – pozitron.

Tereza: Dobře, pozitron. A co se stane, když se pozitron a elektron potkají?

Michael: Tak i na tuto otázku Paul Dirac dal odpověď. Když se srazí elektron s pozitronem, oba mizí.

Tereza: To se jako vypaří, jako pára nad hrncem? Jak – zmizí?

Michael: Ano, zcela zmizí. A když se to stane – a tohle je důležitá věc – vypustí přitom dva fotony energie, které se pohybuje od sebe přibližně v opačném směru.

Michael: Energie, která se uvolní během spojení hmoty s antihmotou, je ohromná. Ze stejného množství hmoty se uvolní o deset řádů více energie, než z chemické látky jako je TNT – trinitrotoluen, a dokonce o čtyři řády víc energie než z atomové bomby.

Tereza: A právě představa tak neuvěřitelného množství energie vedla vědce k tomu, využít antihmotu jako palivo pro meziplanetární – a co budeme troškařit – pro mezihvězdné lety.

Michael: Tohle využití antihmoty je dnes stále ještě sci-fi.

Tereza: Počkej, Michaele, ale možná někdo z vás mladých diváků, kteří pouze sledujete Michaelovy experimenty, se budoucnu stanete špičkovými vědci. Takovými, kteří ve švýcarském CERN se snaží antihmotu si podmanit a ovládnout ji.

Michael: But, as a technologically advanced civilization, we have indeed found a use for anti-matter. And this is the machine that can do it.
Ale využití antihmoty jsme jako technologický pokročilá civilizace opravdu objevili. A tohle je zařízení, které to dokáže.

Tereza: PET, skener pozitronové emisní tomografie. A Michael se chystá dovnitř … Michael a antihmota. Jenom doufám, že nepotkáš nějakého AntiMichaela a definitivně nám nezmizíš… Hm, Michaele! A už je to tady!

Michael: Mám naštěstí svých sto kilo. Je to pořádná hmotnost, takže se nebojím, že bych při spojení s antihmotou o trochu ze své hmoty přišel.

Tereza: Ano, ale nejprve dostaneš injekci, ve které je speciální radioaktivní roztok glukózy.

Michael: Právě tato látka je klíčová pro vyšetření pomocí PET. Glukóza se totiž koncentruje ve tkáních s vysokou látkovou přeměnou.

Tereza: A neobvykle rychlý metabolismus mají především nádorové buňky. Proto se tato vyšetřovací metoda používá při jejich mapování a zjišťování.

Filip: My ale musíme začít tam, kde se radioaktivní glukóza připravuje – o patro níž.

Filip: Silné betonové zdi a dveře chrání okolí před pronikavým zářením, které vzniká během činnosti 23 tun těžkého urychlovače, zvaného cyklotron.

Tereza: V něm se po spirální dráze urychlují protony na vysokou rychlost – a tedy energii. Narazí do nádobky s vodou, obohacenou o kyslík 18. Ten se mění na radioaktivní fluor.

Filip: V superčistých prostorách se v automatizovaných, počítači řízených modulech slučuje radioaktivní fluor s glukózou …

Michael: … a vzniká tato molekula – deoxyfluorglukóza. Je to jako radioaktivní cukr.

Tereza: Aby se mohla podávat pacientům, musí splňovat velmi přísná pravidla na čistotu a bezpečnost pro organismus. Proto s Michaelem vypadáme jako ze žurnálu.

Tereza: Fluorem značená glukóza má poločas rozpadu 110 minut. Proto se v těchto stíněných kontejnerech přepravuje o patro výš – k samotnému PETu.

Filip: Kdyby byl Michael skutečným pacientem, lékař by mu hodinu před vyšetřením na PETu vpíchl až jeden mililitr radioglukózy.

Tereza: I pro nás však platí přísné předpisy pro používání radioaktivních látek. A tak zdravý Michael dostane symbolicky jen neškodný fyziologický roztok.

Michael: By now all the special radioactive sugar has concentrated in the tissues of interest, whilst all the time decaying, emitting anti-electrons – positrons – tiny particles of anti-matter.
Teď se celá radioaktivní glukóza soustředila ve vyšetřovaných tkáních, přitom se stále rozpadá a vyzařuje antielektrony - pozitrony, nepatrné částice antihmoty.

Tereza: Tyto pozitrony putují v Michaelově těle na velmi krátkou vzdálenost – zhruba 0,1 milimetru. Interagují s elektrony z Michaelovy tkáně. A právě v tomto okamžiku nastává anihilace hmoty s antihmotou.

Filip: Z míst anihilace vylétají dvojice fotonů.

Tereza: Tyto fotony jsou zachycovány pomocí citlivých krystalů. Desetitisíce jsou jich umístěny po celém obvodu prstence PET.

Filip: Každou sekundu vylétají z míst anihilace v tkáni vždy v téměř opačných směrech milióny dvojic fotonů. Je to dostatečné množství informací, aby po zpracování vznikl obraz nádorové nebo zánětlivé tkáně.

Tereza: Vidíte obraz nádoru žaludku. Postiženy byly také kosti na mnoha místech těla včetně lebky. Vyšetření je důležité před zahájením léčby, aby se posoudil rozsah onemocnění a zvolil se správný léčebný postup.

Filip: Tentýž pacient po léčbě. Vyšetření PET potvrdilo normální aktivitu mozku, srdečního svalu, ledvin i močového měchýře. Původní nádorová ložiska zcela zmizela.

Tereza: Příčný řez pacientovou pánví pomocí CT – rentgenové tomografie – ukazuje kost, poškozenou nádorem – ve srovnání se zdravou kostí napravo.

Tereza: Kombinované zobrazení pomocí pozitronové emisní a rentgenové tomografie je výhodné pro detailní zobrazení nádoru a jeho přesnou lokalizaci.

Filip: Stav po léčbě: v místě nádoru je teď metabolismus, zobrazený pomocí PET, nižší než v okolní zdravé kosti. Je to důkaz zničení nádoru chemoterapií.

Tereza: A protože my nejsme žádní troškaři, tak pro vás, mladé vědce, kteří byste antihmotu chtěli zkoumat podrobněji, máme experiment.

Michael: We’re going to show you how to make a cloud-chamber, which we can use to actually observe anti-matter – positrons and other tiny particles and cosmic rays.
Ukážeme vám, jak si sestavit mlžnou komoru, pomocí níž můžeme opravdu pozorovat antihmotu – pozitrony a další nepatrné částice a kosmické paprsky.

Filip: Mlžnou komoru sestavujeme ve dvojí velikosti – malou z Petriho misek a velkou ze zavařovačky. Prostor komory se musí dát těsně uzavřít.

Tereza: Do víka komory vlepíme oboustrannou lepicí pásku. Ta poslouží k uchycení kousků vaty nebo tampónu.

Filip: Jaká je podstata mlžné komory? Elektricky nabité částice, prolétající vzduchem s podchlazenou vodní párou, v něm zanechají stopu v podobě nepatrných kapiček vody, které na stopě kondenzují.

Tereza: My jsme se rozhodli vytvořit mlhu z par metylalkoholu. Jeho přebytek vylijeme.

Filip: Abychom stopy v parách lépe viděli, pod dno komory nalepíme černý papír.

Tereza: Bereme co nejchladnější předmět, který poslouží jako podložka. Uvnitř komory totiž musíme vytvořit co největší teplotní rozdíl mezi teplou vrchní a chladnou spodní částí.

Michael: A teď stačí jen počkat na pozitron…

Filip: Prolétající pozitron nebo jiné částice zanechají po průletu ionizované molekuly alkoholu. Na nich páry alkoholu kondenzují stejně jako vodní páry za tryskovými letadly na obloze.

Tereza: Vidíš to? Co to je?

Michael: Vidím. Počkej. To není pozitron… To je anti-Tereza.

Tereza: Ááá…

Michael: Terezo?

Michael Londesborough, Vladimír Kunz

Vstoupit do diskuse

komentářů: 0

Zajímavé odkazy

Nejsledovanější