Ny kreftskanner for rotter og mus

Den nye prekliniske PET-CT-skanneren ved Universitetet i Bergen (med tillatelse)

Den nye prekliniske PET-CT-skanneren ved Universitetet i Bergen (med tillatelse).

Omtrent 11 000 mennesker dør årlig av kreft i Norge.  UiB har nylig kjøpt en liten skanner til forskning på kreft i rotter og mus: Ved hjelp av radioaktivt sukker oppdager den kreftsykdommen så tidlig som mulig.

Dyreforsøk er lovlig i Norge, men hvert forsøk må godkjennes før det kan starte (se faktaboks). Det finnes krav til hvordan dyrene skal bli tatt vare på, og når de skal få bedøvelse eller smertestillende. Kun forsøk der forskerne ikke kan oppnå samme kunnskap uten bruk av dyr er tillatt. Dyreforsøk kan for eksempel utføres som prekliniske studier, hvor man undersøker en medisinsk metode før den kan tas i bruk på pasienter.

Under prekliniske studier studerer vi for eksempel effekten av et legemiddel eller utviklingen av en sykdom. Levende vesener er sentrale i slike forsøk, så vi gjør ofte slike studier på smådyr som mus og rotter.

Godkjenning av dyreforsøk: En veterinær ved sykehuset kan godkjenne enkle forsøk, men dersom forsøket innebærer f.eks. smerte må det søkes til Forsøksdyrutvalget, som ligger under Mattilsynet.

Prekliniske skannere er miniatyrutgaver av kliniske skannere som finnes på sykehus overalt i verden, og lar oss gjøre ikke-skadelige undersøkelser av dyr. Med dem kan vi se sykdommen eller effekten av legemiddelet uten at vi trenger å åpne dyret eller vente til at det blir synlig på utsiden av kroppen. En av de prekliniske skannerne vi har i Bergen er en ny preklinisk PET/CT-skanner.

I oppgaven min evaluerte jeg den nye prekliniske PET/CT-skanneren, ved å skanne ulike objekter og analysere bildene. Det er viktig å sjekke hvor god en ny preklinisk skanner er, siden produsentene ikke tester ut hver enkel skanner. Resultatet av evalueringen min var at vi har en av de beste prekliniske PET-skannerne som er til salgs for øyeblikket!

Hva er en PET/CT-skanner?

Legene bruker en PET/CT-skanner ved diagnostisering og behandling av kreftpasienter. PET/CT-bilder kan nemlig se hvor i kroppen kreften er, siden kreftceller vil lyse opp på bildet. For kreftpasienter er det svært viktig å vite hvor i kroppen kreftcellene sitter, fordi behandlingen av sykdommen ofte er tett knyttet til nettopp dette.

Høyre: CT-bilde Midten: PET-bilde Venste: Fusjonsbilde mellom de to, eller PET/CT. Fra Wikimedia commons / PET-CT.

Høyre: CT-bilde, midt: PET-bilde, venstre: Fusjonsbilde mellom de to, eller PET/CT. Fra Wikimedia commons / PET-CT.

En PET/CT-skanner er satt sammen av

  • En PET-skanner, som viser hvor kreften er, og
  • En CT-skanner, som viser hvordan pasienten ser ut ellers.

En CT-skanner er kort fortalt et avansert røntgenapparat, hvor vi kan studere hvordan kroppen stopper gjennomtrengende røntgenstråling. Ved å vite dette kan vi anslå hvordan pasienter er bygget opp av organer, blodårer, fett og bein.

Ioniserende stråling: Stråling med høy nok energi til å slå løs elektroner fra atomer som treffes.
PET: Positron-emisjons-tomografi: Finner radioaktive sporstoffer i kroppen.
CT: Computer-tomografi: Et røntgenapparat som viser pasientens anatomi i 3D.
PET/CT: En sammensetning av PET og CT, hvor bildene sys sammen for å vise anatomi og sporstoffer samtidig.

PET-skanneren er litt mer interessant: Vi injiserer pasienten (eller forsøksdyret) med et sporstoff merket med en radioaktiv atomkjerne. Radioaktive atomkjerner sender ut stråling, og PET-skanneren kan «se» hvor sporstoffet befinner seg.

Vi bruker ioniserende stråling for å ta et PET/CT-bilde. Stråling er overføring av energi, og med høy nok energi kan strålingen slå ut elektroner fra atomer i kroppen: Strålingen ioniserer atomet. Røntgenstråling er en type ioniserende stråling, mens stråling fra radioaktive (ustabile) atomkjerner er en annen: Her vil de ustabile atomkjernene henfalle  til en stabil tilstand og sende ut stråling.

Radioaktivt sukker samler seg i kreftcellene

Kroppens organer trenger energi for å gjennomføre sine oppgaver. Organer med et høyt energiforbruk tar ofte energien sin fra glukose, eller sukker. Kreftceller er hyperaktive, og har et høyt sukkerforbruk. Det kan vi utnytte ved å merke sukkermolekyler, slik at vi kan finne dem igjen når de er tatt opp i kreftcellene – et sporstoff.

FDG: Sporstoffet fluorodeoxyglukose, et sukker merket med radioaktivt fluor.
Anriket vann: Vann der oksygenatomet har to ekstra nøytroner (tungtvann: Hydrogenet har ekstra nøytroner).

Det vanligste radioaktivt merkede sporstoffet brukt i PET heter FDG. Dette er sukker merket med radioaktivt fluor. I Bergen lager vi vår egen FDG, ved legemiddelfabrikken på PET-senteret. Siden radioaktive isotoper henfaller og sender ut stråling, vil det etter hvert ikke være mer radioaktivitet igjen. Derfor må vi lage ny FDG hver morgen før pasientene kommer. Ikke alle sykehus kan lage sin egen FDG, og da er løsningen daglig (radioaktiv) flytransport fra Oslo.

Første trinn i legemiddelfabrikken er å lage radioaktivt fluor. Dette gjør vi i en partikkelakselerator i kjelleren på sykehuset: Den akselerer protoner opp til veldig høye hastigheter, som så skytes på anriket vann. Når protonene treffer dette vannet vil det dannes radioaktivt fluor. Så sender vi fluoret videre til et lokalt laboratorium hvor vi fester det til sukkermolekyler.

Prinsippet bak en PET/CT: To lysglimt dannes i et radioaktivt henfall i kroppen. Hvert av lysglimtene treffer en detektoring, som registrerer signalet dersom de kommer samtidig.

Prinsippet bak en PET/CT: To lysglimt dannes i et radioaktivt henfall i kroppen. Hvert av lysglimtene treffer en detektorring, som registrerer signalet dersom de kommer samtidig. Fra Wikimedia Commons / PET.

Nå har vi FDG. Dette blir injisert i en pasient, som må ligge og hvile mens det radioaktive sukkeret fordeles i kroppen. Målet er at de hyperaktive kreftcellene tar opp en stor del av sukkeret: Det er grunnen til at vi bruker sukker som sporstoff!

Når det radioaktive sukkeret FDG har blitt tatt opp rundt om i kroppen, ønsker vi å vite hvor. Dette kan PET-skanneren vise oss. FDG er radioaktivt og vil hele tiden sende ut positroner, som er et annet navn for anti-elektroner. Positronene som blir sendt ut vil med en gang møte elektroner i kroppen. Det spesielle med positroner er at når de møter elektroner, vil både positronet og elektronet forsvinne, og de danner to lysglimt.

PET-skanneren kan oppdage slike lysglimt fra sammentreff mellom et positron og et elektron. Når PET-skannerne har målt mange slike lysglimt kan vi si hvor positronene var til å begynne med. Da får vi et bilde av hvor sporstoffet befant seg i kroppen – eller hvor kroppen har et høyt forbruk av sukker.

Preklinisk PET-skanner til forskning

En preklinisk PET/CT-skanner er en liten dyreskanner, som brukes i hovedsak til skanning av mus og rotter. I april 2013 fikk vi en preklinisk PET/CT-skanner i Bergen: nanoScan fra Mediso. Det er plassert på PET-senteret på Haukeland universitetssykehus. Denne skanneren tilhører MIC (Molecular Imaging Center) ved Universitetet i Bergen, og leies ut til bruk i forskjellige forskningsprosjekt.

Kliniske og prekliniske PET/CT-skannere fungerer i prinsippet på samme måte, men vi trenger egne PET/CT-skannere til preklinisk bruk på grunn av størrelsen på dyrene som blir skannet. Her ved Haukeland bruker vi skanneren blant annet til karakterisering av svulster og evaluering av behandlingseffekt: Det gjør vi ved å skanne dyr før, underveis og etter behandlingen.

PET/CT-bilde av en mus. Man ser hvordan sporstoffet reiser rundt i kroppen, før det finner fram til områder med høy metabolisk aktivitet.

PET/CT-bilde av en mus. Man ser hvordan sporstoffet reiser rundt i kroppen, før det finner fram til områder med høy metabolisk aktivitet (med tillatelse).

I Norge brukes PET for det meste til kreftforskning, men PET kan brukes til mye annet også. I utlandet forskes det mye på nye sporstoffer som kan gi nye bruksområder til PET, som for eksempel å

Evaluering av skanneren

Når vi bruker en skanner ønsker vi ikke å få bare visuelle resultat (som bilder), men også kvantifiserte resultat (som opptaksverdier). Derfor er det viktig å ha en sensitiv og solid skanner som gir reelle verdier. For å bekrefte hvor god skanneren er, må den evalueres. I mitt masterprosjekt utførte jeg en slik evaluering, med hovedfokus på PET-delen av skanneren.

Den radioaktive punktkilden på 0,3 mm, støpt inn i en kube av akryl. Venste: Fotografi. Høyre: PET-rekonstruksjon.

Venstre: Den radioaktive punktkilden på 0.3 mm, støpt inn i en kube av akryl. Høyre:  PET-rekonstruksjon av kilden (med tillatelse).

En preklinisk PET-skanner er en komplisert og eksperimentell maskin, så det er viktig at den følger strenge industrimål. Da kan vi også sammenlikne ulike skannere. Når jeg evaluerer en slik skanner er det mange punkter som må sjekkes!

Romlig oppløsning: Hvor små detaljer i et bilde vi kan skjelne.

Skannerens romlige oppløsning er viktig å bestemme. Romlig oppløsning er et mål på hvor tett to små objekt kan ligge, og fremdeles være skilt fra hverandre på det endelige bildet. Jeg målte romlig oppløsning ved å skanne en punktkilde, og så måle på resultatbildene hvor stor kilden opptrer. Som navnet tilsier er en punktkilde en svært liten radioaktiv kilde som er tilnærmet lik et punkt.

Den romlige oppløsningen målt i sentrum av skanneren var cirka 1 mm. Verdien varierer litt med ulike skanneparametere og rekonstruksjonsparametere. Dette er en bra romlig oppløsning sammenlignet med andre prekliniske PET-skannere. En klinisk PET-skanner har romlig oppløsning på cirka 6 mm. En klinisk skanner trenger ikke like god romlig oppløsning som en preklinisk skanner, på grunn av størrelsen på pasientens organer.

De andre testene i evalueringen av den prekliniske PET-skanneren ga også gode resultater. Masteroppgaven min konkluderer med at den prekliniske PET-skanneren vår er en av de beste prekliniske PET-skannerne som er til salgs for øyeblikket!