Medyczna broń nuklearna

Z historią materiałów promieniotwórczych stosowanych w medycynie jest podobnie, jak z wynalezieniem dynamitu. Alfred Nobel pracował nad substancją, która ułatwi rozbudowę skalistej Skandynawii. Jednak dynamit stał się sławny nie dzięki temu, że rewelacyjnie kruszył skały. Ale dlatego, że zainteresowali się nim wojskowi. Materiały promieniotwórcze najpierw wzbudziły ciekawość medyków. Dopiero z czasem zaczęto badać niezwykłe możliwości niszczące tkwiące w atomie. Paradoksalnie, praca nad bronią jądrową bardzo przyspieszyła rozwój tej dziedziny medycyny.
Na fotografii: Maria Skłodowska-Curie z mężem Piotrem Curie (w środku) w laboratorium. Źródło: Narodowe Archiwum Cyfrowe

W najbliższy czwartek zostanie otwarte, zlokalizowane na terenie WIM, Centrum Badawczo Rozwojowe firmy Synektik S. A. Współpraca obu podmiotów pozwoli produkować i stosować w diagnostyce pacjentów ultrakrotkodzialajace znaczniki izotopowe, których użycie jest oryginalnym, nowoczesnym i przełomowym rozwiązaniem w doskonaleniu procesów diagnostyki i leczenia pacjentów. Dzięki połączeniu procesów produkcji i technologii dystrybucji izotopów powstaje nowoczesna, unikalna w wymiarze marketingowym i badawczo-rozwojowym usługa dająca chorym szansę na dłuższe i lepsze życie.
Z okazji otwarcia przygotowaliśmy cykl materiałów dotyczących medycyny nuklearnej. Dziś publikujemy pierwszy z nich.
- Określenie „medycyna nuklearna” pojawiło się w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku w Stanach Zjednoczonych. Dotyczyło nowej gałęzi nauk medycznych, w której związki i preparaty promieniotwórcze, będące źródłem promieniowania jonizującego, stosowano do celów badawczych, diagnostycznych lub leczniczych. Na początku termin „medycyna nuklearna” stosowano wymiennie z „medycyną atomową”. Ale dosyć szybko ta druga stała się określeniem działań związanych z zabezpieczeniem ludzi przed skutkami wybuchów jądrowych – tłumaczy dr hab. n. med. Mirosław Dziuk, profesor nadzwyczajny, kierownik Zakładu Medycyny Nuklearnej Wojskowego Instytutu Medycznego.

Wiek promieniowania
W 1895 r. Wilhelm Roentgen odkrył promienie X. Rok później Henri Becquerel opisał promieniowanie uranu. W 1989 r. Maria Skłodowska-Curie z mężem Piotrem Curie wyizolowali dwa naturalne pierwiastki promieniotwórcze: rad i polon.
- W pierwszych latach badań nie zdawano sobie sprawy ze szkodliwości promieniowania. Naukowców fascynowały możliwości odkrywanych pierwiastków i ich związków. Od początku zastanawiano się nad wykorzystaniem medycznym substancji promieniotwórczych. Z czasem zaczęto je wykorzystywać do diagnostyki lekarskiej i leczenia – kontynuuje prof. Dziuk.
Specyfiki wykorzystywane w medycynie nuklearnej nazywamy radiofarmaceutykami, albo – prościej – znacznikami radioaktywnymi.
Pierwsze badania chemiczne z użyciem znacznika radioaktywnego przeprowadzono w 1913 r. Dziesięć lat później wykonywano już doświadczenia na roślinach, a później na zwierzętach. Nie czekając na efekty tych badań, naukowcy zaczęli stosować substancje promieniotwórcze w medycynie. W 1914 r. Seil wstrzykiwał pacjentom dożylnie promieniotwórczy Rad-226 i badał jego obieg w ciele człowieka.
Obronę organizmu przed szkodliwym promieniowaniem zinterpretowano na korzyść substancji radioaktywnych. Stąd przed I wojną światową medycy byli przekonani, że Rad-226 to cudowny środek, pomagający na wszelakie schorzenia. Jego związki podawano doustnie lub dożylnie. W USA uważano go za bardzo drogi, ale niezwykle skuteczny lek. - W niektórych amerykańskich szpitalach wstrzykiwano Rad-226 pacjentom uskarżającym się nawet na banalne schorzenia. Otrzeźwienie przyniosła dopiero seria nowotworów kostnych, na jakie masowo zaczęli zapadać „malarze cyferblatów”, czyli robotnicy mający częsty kontakt z farbami fluorescencyjnymi, produkowanymi na bazie radu – opowiada Mirosław Dziuk.
W latach 1928-32 zaczęto wprowadzać pierwsze przepisy sankcjonujące użycie substancji promieniotwórczych u ludzi. Nieznane wcześniej choroby dotykające ludzi mających częsty kontakt z substancjami radioaktywnymi nie osłabiły zapału naukowców. Fizyka jądrowa intensywnie się rozwijała. W 1932 r. powstały pierwsze akceleratory. Te urządzenia, służące do rozpędzania cząstek elementarnych i zderzania ich ze sobą, pozwalały na przeprowadzanie reakcji jądrowych. Umożliwiało to poznanie właściwości cząstek oraz przebiegu reakcji jądrowych. Dzięki takim badaniom, w 1934 r., Irena Curie i Fryderyk Juliot uzyskali pierwszy sztuczny izotop promieniotwórczy.
Dwa lata później J. Hamilton przeprowadził pierwszą diagnostykę radioizotopową u człowieka. Do badania zastosował Sód-24. W 1938 r. promieniotwórczy Jod-131 wykorzystano do badania tarczycy. Z czasem ten preparat skutecznie wykorzystywano do leczenia schorzeń tarczycy.
Nowe rozwiązania zapowiadały się obiecująco, ale produkcja sztucznych znaczników była kosztowna, długotrwała, a produkty dalekie od doskonałości.

„Projekt Manhattan”
Przyspieszenie nastąpiło w 1942 r. Wtedy Amerykanie rozpoczęli prace nad tajnym „Projektem Manhattan”, czyli pracami zmierzającymi do skonstruowania bomby atomowej. Powstał pierwszy reaktor jądrowy. Do doświadczeń potrzebowano dużych ilości paliwa jądrowego. Częściowo zużyte w czasie eksperymentów, okazało się świetnym źródłem wielu radionuklidów, łatwych do wyizolowania z mieszaniny produktów rozszczepienia. Otrzymane substancje okazały się tanie, dobrej jakości, a przede wszystkim - było ich dużo.
Tak więc rozwój medycyny nuklearnej mocno przyspieszył dzięki wojskowym eksperymentom nad skonstruowaniem bomby atomowej. Z drugiej jednak strony tajność „Programu Manhattan” powodowała, że wyniki prac nie mogły być stosowane powszechnie. Nie było bowiem zgody do rozpoczęcia szerokich prac badawczych związanych z medycyną.
Dopiero w rok po zakończeniu II wojny, w jednym z numerów magazynu „Science” opublikowano ogłoszenie któregoś z państwowych laboratoriów. Oferowało ono sprzedaż dowolnej ilości sztucznych izotopów promieniotwórczych przeznaczonych do celów medycznych. Ponieważ substancje jak i zasady produkcji stały się dostępne na rynku cywilnym, od 1946 r. w USA zwiększyła się liczba badań radioizotopowych.
Nadal jednak słabym punktem medycyny nuklearnej pozostawały urządzenia diagnostyczne oraz maszyny służące do przetwarzania oraz interpretacji wyników badań i pomiarów. Były niedokładne, skomplikowane w obsłudze, niebezpieczne dla obsługi i pacjentów, kosztowne, a jednocześnie prymitywne konstrukcyjnie.
Wyniki zapisywane jako długie kolumny liczb i symboli komplikowały ich interpretację. Skupiono się więc na tym, aby je jak najbardziej zwizualizować. Czyli zamiast rzędów liczb, uzyskać kolorowy obraz wyników. To był strzał w dziesiątkę. Wizualizacja pozwoliła na niespotykane wcześniej zobrazowanie zmian patologicznych czy obserwacje zaburzeń w procesach fizjologicznych zachodzących w organizmie człowieka.
Na początku lat pięćdziesiątych powstały pierwsze skanery liniowe, a pod koniec tamtej dekady skonstruowano pierwszą kamerę scyntylacyjną – urządzenie diagnostyczne do badania narządów, w których nagromadzony jest radioizotop.
W połowie lat sześćdziesiątych w amerykańskich szpitalach zaczęto budować niewielkie cyklotrony. Produkowane w nich znaczniki wykorzystywano w macierzystych palcówkach oraz w pobliskich szpitalach. Wpłynęło to na dalsze rozwinięcie medycyny nuklearnej.
Kolejnym krokiem milowym okazało się wykorzystanie komputerów do przetwarzania i opracowywania wyników badań.

Europa w tyle
W połowie lat siedemdziesiątych powstał pierwszy emisyjny tomograf komputerowy (PET – ang. Positron Emission Tomography). W odróżnieniu od tradycyjnego tomografu komputerowego, który pozwalał uzyskać obraz będący „przekrojem” narządu dzięki zewnętrznemu źródłu promieniowania rentgenowskiego lub radioaktywnego, PET pokazuje działanie materiału promieniotwórczego wprowadzonego do organizmu. To rozwiązanie bezpieczniejsze dla pacjenta.
- PET zrewolucjonizował myślenie o medycynie nuklearnej. Badanie z wykorzystaniem znaczników PET jest niezastąpione w chorobach nowotworowych, a także kardiologicznych i neurologicznych. Umożliwia „leczenie celowane”, dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjenta – wyjaśnia prof. Dziuk.
W porównaniu ze Stanami Zjednoczonymi, od zakończenia II wojny światowej, Europa pozostawała krok z tyłu. Dopiero po pierwszej Konferencji Genewskiej, poświęconej pokojowemu wykorzystaniu atomu, nastąpił na naszym kontynencie wzrost zainteresowania medycyna nuklearną.
W Polsce w 1955 r. powstał Instytut Badań Jądrowych. Trzy lata później uruchomiono reaktor atomowy „Ewa”. Ze względu na powiązania z technologiami wojskowymi, prace otaczała ścisła tajemnica. Obecnie trudno nawet ustalić, kiedy powstała pierwsza placówka medycyny nuklearnej. Pod koniec lat pięćdziesiątych istniały one w Warszawie, Poznaniu i Gliwicach. W pierwszej połowie lat osiemdziesiątych działało w kraju około pięćdziesiąt placówek medycyny nuklearnej. Obecnie jest ich ponad osiemdziesiąt.
Jarosław Rybak

Autor korzystał z podręcznika „Medycyna nuklearna” pod red. Z Totha i J. Przedlackiego (PZWL Warszawa 1983). Jego redaktorzy pracowali w Zakładzie Medycyny Nuklearnej, którym obecnie kieruje dr hab. Mirosław Dziuk.