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Article

1 - RAYONNEMENTS IONISANTS ET THÉRAPIE DES CANCERS

2 - ASTATE-211

3 - PRODUCTION DE RADIOPHARMACEUTIQUES MARQUÉS À L’ASTATE-211

4 - APPLICATIONS MÉDICALES DE L’ASTATE-211 EN ONCOLOGIE NUCLÉAIRE

  • 4.1 - Études chez l’animal
  • 4.2 - Études chez l’homme

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : IN225 v1

Production de radiopharmaceutiques marqués à l’astate-211
Propriétés et applications de l’astate en médecine nucléaire

Auteur(s) : François GUÉRARD

Date de publication : 10 nov. 2018

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RÉSUMÉ

L’astate-211 est un isotope radioactif émetteur de particules alpha hautement énergétiques. En association avec un vecteur approprié, il peut être injecté au patient pour être transporté au contact des tumeurs afin de les irradier pour les détruire tout en préservant les tissus sains environnants. Pour y parvenir, il convient de maîtriser les étapes chimiques permettant de coupler l’astate à la biomolécule vectrice, ce qui se révèle être un réel challenge étant donné les difficultés à comprendre le comportement chimique de cet élément. Plusieurs preuves de concept ont pourtant permis de démontrer le fort potentiel de ce radionucléide pour des applications prometteuses en oncologie nucléaire.

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ABSTRACT

Properties and applications of astatine in nuclear medicine

Astatine-211 is a radioisotope emitting high energy alpha particles. In association with an appropriate vector, it can be injected to the patient and transported to the tumors in order to deliver its radiation to destroy them while keeping safe the surrounding healthy tissues. To reach that goal, a prerequisite is the mastery of the chemical steps to conjugate astatine to its biological vector which is a real challenge given the difficulties to understand clearly the chemical behavior of this element. Nonetheless several proofs of concept have demonstrated the high potential of this radionuclide in promising applications in nuclear oncology.

Auteur(s)

  • François GUÉRARD : Chargé de recherche au CNRS CRCINA, Inserm, CNRS, Université d’Angers, Université de Nantes, Nantes, France - Équipe d’oncologie nucléaire

INTRODUCTION

Découvert en 1896 par Henry Becquerel, le phénomène de la radioactivité et des rayonnements ionisants qui y sont associés fut rapidement exploité à des fins thérapeutiques avec le développement de la curiethérapie. Un isotope radioactif ou radioisotope génère lors de sa désintégration une particule et/ou un rayonnement électromagnétique de haute énergie pouvant générer des dégâts irréparables aux cellules tumorales environnantes, conduisant à leur mort. Depuis les prémices de la médecine nucléaire où la source radioactive était directement implantée dans la tumeur à l’aide d’une aiguille, la discipline a évolué vers une utilisation plus fine appelée radiothérapie vectorisée pour laquelle le radioisotope est fixé à un vecteur spécifique du type de tumeur à cibler avant d’être injecté au patient. Par cette approche, même les tumeurs enfouies en profondeur et les tumeurs de taille microscopique peuvent en principe être traitées tout en épargnant les tissus sains environnants. Pour ce faire, selon le type de tumeur à traiter, une parfaite adéquation entre le choix du radioisotope et du vecteur doit être trouvée.

Les particules alpha émises lors d’une désintégration radioactive sont les plus énergétiques et les plus létales pour les cellules, mais elles ne pénètrent que de quelques dizaines de micromètres dans les tissus biologiques. Pour cette raison, les émetteurs de particule α s’avèrent efficaces pour le traitement des microtumeurs rencontrées dans le cadre d’une maladie résiduelle après un traitement classique, ou lorsque la maladie évolue vers un cancer à micrométastases ainsi que dans le cas des cancers hématologiques qui s’expriment par la production de cellules tumorales circulant de façon isolée. L’irradiation étant extrêmement localisée, les cellules saines environnantes sont épargnées. Un nombre limité d’émetteurs de particules alpha d’intérêt pour la médecine nucléaire a été identifié. Parmi eux l’astate-211 présente des caractéristiques physiques des plus intéressantes pour ce type d’applications : une demi-vie de 7,2 h, ce qui est adapté à la demi-vie biologique d’un grand nombre de vecteurs, et deux branches de décroissance conduisant chacune à l’émission d’une particule α. Encore, faut-il disposer de méthodes chimiques appropriées pour constituer le couple radionucléide-vecteur qui formera le radiopharmaceutique administrable au patient. Mais, malgré la découverte de l’astate datant des années 1930, sa chimie reste difficile à appréhender, la principale raison étant l’absence d’isotopes stables, ce qui complique l’étude des propriétés de cet élément.

Une meilleure compréhension de cet élément, qui permettra de concevoir de façon optimale les vecteurs radiomarqués avec l’astate-211, est donc un enjeu majeur pour le développement de la radiothérapie vectorisée des cancers.

Dans ce contexte, sont abordés dans cet article :

  • le phénomène de la radioactivité et les propriétés des rayonnements ionisants dans le cadre du traitement des cancers ;

  • l’élément chimique astate et son isotope d’intérêt, l’astate-211, en abordant ses méthodes de production ;

  • les aspects de synthèse radiochimique avec l’astate-211 permettant la production de radiopharmaceutiques radiomarqués avec cet isotope ;

  • des exemples d’applications de l’astate-211 pour la thérapie des cancers aux stades précliniques et cliniques.

Points clés

Domaine : radiopharmaceutique

Degré de diffusion de la technologie : émergence

Technologies impliquées : radiochimie, synthèse organique, physique nucléaire

Domaines d’application : oncologie

Contact : franç[email protected]

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KEYWORDS

vectorized radiotherapy   |   alpha particles emitter   |   radiopharmaceuticals

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-in225


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3. Production de radiopharmaceutiques marqués à l’astate-211

3.1 Chimie de radiomarquage à l’astate-211

Il a rapidement été observé que les méthodes de synthèse radiochimique classiquement utilisées pour radiomarquer des composés avec des radioisotopes de l’iode pouvaient également être employées avec l’astate, en particulier pour la formation de liaisons carbone-halogène. Les approches de radiomarquage par formation d’une liaison covalente astate-carbone ont permis la création de nombreux composés d’intérêt pour la vectorisation de l’211At. En revanche, en raison de la stabilité de ce mode de liaison parfois insuffisante, des investigations sont menées pour proposer des alternatives mieux appropriées à de futures utilisations chez les patients.

HAUT DE PAGE

3.1.1 Formation de liaisons C-At

En synthèse radiochimique, l’astate peut être engagé dans des réactions de substitution électrophile ou nucléophile similairement à l’iode pour former une liaison covalente avec un atome de carbone. L’énergie de la liaison formée est plus faible que pour les halogènes plus légers suivant la tendance d’une énergie de liaison décroissante en fonction de la taille de l’halogène (tableau 1. L’énergie d’une liaison Calkyl-At (163 kJ/mol) apparaît trop faible pour envisager une utilisation biologique. En revanche, la liaison Caryl-At, plus stable (197 kJ/mol), est couramment employée pour réaliser le radiomarquage des biomolécules d’intérêt pour la thérapie des cancers.

Les stratégies employées doivent prendre en compte la demi-vie relativement courte de l’astate-211. Les réactions réalisables en quelques minutes voire quelques dizaines de minutes maximum et purifiables rapidement sont donc à privilégier.

...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - POUGET (J.P.), LOZZA (C.), DESHAYES (E.), BOUDOUSQ (V.), NAVARRO-TEULON (I.) -   Introduction to radiobiology of targeted radionuclide therapy.  -  Frontiers in Medicine, 2 (2015).

  • (2) - POUGET (J.-P.), NAVARRO-TEULON (I.), BARDIÈS (M.), CHOUIN (N.), CARTRON (G.), PÈLEGRIN (A.), AZRIA (D.) -   Clinical radioimmunotherapy – the role of radiobiology.  -  Nature Reviews Clinical Oncology, 8(12), p. 720-734 (2011).

  • (3) - THISGAARD (H.), HALLE (B.), AABERG-JESSEN (C.), OLSEN (B.B.), THERKELSEN (A.S.N.), DAM (J.H.), LANGKJÆR (N.), MUNTHE (S.), NÅGREN (K.), HØILUND-CARLSEN (P.F.), KRISTENSEN (B.W.) -   Highly effective auger-electron therapy in an orthotopic glioblastoma xenograft model using convection-enhanced delivery.  -  Theranostics, 6(12), p. 2278-2291 (2016).

  • (4) - SHAO (C.), FOLKARD (M.), MICHAEL (B.D.), PRISE (K.M.) -   Bystander signaling between glioma cells and fibroblasts targeted with counted particles.  -  International Journal of Cancer, 116(1), p. 45-51 (2005).

  • (5) - HAMADA (N.), MAEDA (M.), TOMITA (K.O.) et (M.) -   Signaling...

1 Sites Internet

Équipe de recherche en oncologie nucléaire http://www.crcina.org

Cyclotron Arronax http://www.cyclotron-nantes.fr

IRSN : base de connaissances sur la radioactivité http://www.irsn.fr

HAUT DE PAGE

2 Événements

International symposium on radiopharmaceutical sciences. A lieu tous les deux ans. http://www.srsweb.org/meetings/

European symposium on radiopharmacy and radiopharmaceuticals. A lieu tous les deux ans en avril. http://www.esrr.info/

Congrès de l’EANM (European association of Nuclear Medicine). A lieu tous les ans en octobre. ...

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