Especialistas no Japa£o desenvolveram uma maneira simples de obter informações mais detalhadas de exames de imagem médica padra£o. Uma equipe de pesquisa composta por fa­sicos ata´micos e especialistas em medicina nuclear da Universidade de Ta³quio e do Instituto Nacional de Ciências Radiola³gicas (NIRS) projetou um crona´metro que pode permitir que scanners de tomografia por emissão de pa³sitrons (PET) detectem a concentração de oxigaªnio nos tecidos dos pacientes 'corpos. Esta atualização para os scanners PET pode levar a um futuro de melhor tratamento do ca¢ncer, identificando rapidamente partes de tumores com crescimento celular mais agressivo.

"A experiência dos pacientes neste futuro PET seráa mesma de agora. A experiência das equipes médicas na realização do exame também seráa mesma, apenas com informações mais aºteis no final", disse o médico de medicina nuclear Dr. Miwako Takahashi, do NIRS, coautor da publicação de pesquisa em Fa­sica da Comunicação .

"Este foi um projeto rápido para nós, e acho que também deve se tornar um avanço médico muito rápido para pacientes reais na próxima década. As empresas de dispositivos médicos podem aplicar este manãtodo de forma muito econa´mica, espero", disse o professor assistente Kengo Shibuya, do Escola de Graduação em Artes e Ciências da Universidade de Ta³quio, primeiro autor da publicação.

Os pa³sitrons que da£o nome a s varreduras de PET são as formas de elanãtrons de antimatéria carregadas positivamente. Devido ao seu tamanho minaºsculo e massa extremamente baixa, os pa³sitrons não representam perigo em aplicações médicas. Os pa³sitrons produzem raios gama , que são ondas eletromagnanãticas semelhantes aos raios X, mas com comprimentos de onda mais curtos.

Ao receber um PET scan, o paciente recebe uma pequena quantidade de la­quido muito fraco radioativo, geralmente composto de moléculas de açúcar modificadas, geralmente injetadas em seu sangue. O la­quido circula por um curto período de tempo. As diferenças no fluxo sangua­neo ou no metabolismo afetam como a radioatividade édistribua­da. O paciente então se deita em um grande scanner PET em forma de tubo. Amedida que o la­quido radioativo emite pa³sitrons que decaem em raios gama, ananãis de detectores de raios gama mapeiam a localização dos raios gama emitidos pelo corpo do paciente.

Os médicos solicitam exames de PET quando precisam de informações não apenas sobre a estrutura, mas também sobre a função metaba³lica dos tecidos dentro do corpo. Detectar a concentração de oxigaªnio usando o mesmo PET scan acrescentaria outra camada de informações aºteis sobre a função do corpo.

A vida de um pa³sitron éuma escolha de dois caminhos muito curtos, os quais comea§am quando um pa³sitron "nasce" quando éliberado do la­quido radioativo de varredura PET. No caminho mais curto, o pa³sitron imediatamente colide com um elanãtron e produz raios gama. No caminho um pouco mais longo, o pa³sitron inicialmente se transforma em outro tipo de parta­cula chamada positra´nio, que então decai em raios gama. De qualquer forma, a vida útil de um pa³sitron dentro do corpo humano não ésuperior a 20 nanossegundos, ou um cinquenta milionanãsimo de segundo.

"O resultado éo mesmo, mas o tempo de vida não. Nossa proposta édistinguir os tempos de vida dos pa³sitrons usando um PET scan com um crona´metro para que possamos mapear as concentrações de oxigaªnio dentro do corpo dos pacientes", disse Shibuya.

Shibuya e seus colegas desenvolveram um gra¡fico de expectativa de vida para pa³sitrons usando um scanner PET miniaturizado para cronometrar a formação e decadaªncia de pa³sitrons em la­quidos com concentrações conhecidas de oxigaªnio.

Os novos resultados da equipe de pesquisa revelam que, quando a concentração de oxigaªnio éalta, o caminho mais curto émais prova¡vel. Os pesquisadores prevaªem que sua técnica serácapaz de detectar a concentração absoluta de oxigaªnio em qualquer tecido do corpo de um paciente com base no tempo de vida dos pa³sitrons durante uma varredura PET.

A detecção da vida útil dos pa³sitrons épossí­vel usando os mesmos detectores de raios gama que as varreduras PET já usam. A equipe de pesquisa prevaª que a maior parte do trabalho para transferir esta pesquisa do laboratório para o leito serána atualização dos detectores de raios gama e do software para que os detectores de raios gama possam registrar não apenas a localização, mas também dados de tempo precisos.

"Nãodeve representar um grande aumento de custo para o desenvolvimento de instrumentos", disse o professor Taiga Yamaya, co-autor da publicação de pesquisa e lider do Grupo de Fa­sica de Imagens do NIRS.

Os especialistas médicos hámuito tempo entenderam que as baixas concentrações de oxigaªnio nos tumores podem impedir o tratamento do câncer por dois motivos: primeiro, um baixonívelde oxigaªnio em um tumor éfrequentemente causado por fluxo sangua­neo insuficiente, que émais comum em tumores agressivos de crescimento rápido que são mais difa­ceis tratar. Em segundo lugar, os baixos na­veis de oxigaªnio tornam a radiação menos eficaz porque os efeitos desejados de matar as células cancerosas do tratamento com radiação são alcana§ados em parte pela energia da radiação que converte o oxigaªnio presente nas células em radicais livres que danificam o DNA.

Assim, detectar a concentração de oxigaªnio nos tecidos do corpo informaria os especialistas médicos sobre como atacar com mais eficácia os tumores dentro dos pacientes.

"Imaginamos direcionar o tratamento de radiação mais intenso para as áreas agressivas de baixa concentração de oxigaªnio de um tumor e direcionar o tratamento de menor intensidade para outras áreas do mesmo tumor para dar aos pacientes melhores resultados e menos efeitos colaterais", disse Takahashi.

Shibuya diz que a equipe de pesquisadores se inspirou a colocar em prática um modelo tea³rico sobre a capacidade dos pa³sitrons de revelar a concentração de oxigaªnio publicado no ano passado por pesquisadores na Pola´nia. O projeto passou do conceito a  publicação em apenas alguns meses, mesmo com as restrições relacionadas a  pandemia COVID-19.

Shibuya e seus colegas agora pretendem expandir seu trabalho para encontrar quaisquer outros detalhes médicos que possam ser revelados durante o tempo de vida de um pa³sitron .