a. Chuyển hoá chung
Các chất đánh dấu phóng xạ phát positron được ứng dụng để ghi hình chuyển hoá của một số quá trình hoá sinh. Việc phát triển kỹ thuật thăm dò hình ảnh đòi hỏi phải đưa nguyên tử 11C hoặc 18F vào trong phân tử quan tâm (chất nền hoặc chất tương tự chất nền) …
Sự biến đổi chuyển hoá các phân tử hữu cơ nhờ các men trung gian đối với các DCPX và sau đó tập trung vào mô tạo ra khả năng đo được chỉ số chuyển hoá các chất đó. Bởi vì sự hấp thụ các chất đánh dấu nhờ vào các enzym đặc hiệu (như hexokinase, thymidine kinase…) cho nên việc định vị các chất đánh dấu đó trong mô sẽ phản ánh nồng độ của các men đó trong mô.
b. Chuyển hoá Glucose
Phân tử quan trọng nhất cung cấp năng lượng cho các phản ứng hoá sinh đa dạng trong cơ thể là adenosine triphosphat (ATP), chất được sinh ra trong ty thể do quá trình chuyển hoá glucose. ở não chuyển hoá glucose sinh ra tất cả ATP, trong khi ở tim chuyển hóa axit béo là nguồn năng lượng chính để tổng hợp ATP. Chuyển hoá glucose tăng cao thậm chí ngay cả khi sự cung cấp oxi tại đó bị suy giảm. Điều này có thể thấy được trong các mô ung thư. Glucose được vận chuyển vào trong tế bào qua cơ chế khuếch tán thụ động thông qua kênh vận chuyển glucose đặc hiệu nằm trên màng tế bào. Trong bào tương, glucose được phosphoryl hóa qua enzym hexokinase để tạo thành glucose 6- phosphat, chất này sẽ được chuyển hoá đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O.
Trong những năm 1950 người ta nhận thấy nhóm hydroxyl ở vị trí C số 2 trong phân tử glucose không cần thiết cho quá trình phosphoryl hoá bởi men hexokinase. Phân tử 2-deoxy-2-fluoro-deoxyglucose (FDG) được tạo bởi việc đánh dấu nguyên tử C số 2 trong phân tử bằng 18F (thay thế 1 nguyên tử H liên kết với C số 2 bằng F-18). Deoxyglucose (DG) đi vào tế bào và được chuyển hóa thành deoxylglucose 6-phosphat, tuy nhiên, chất này không bị chuyển hoá tiếp và bị bắt giữ trong tế bào. Tất nhiên, liên kết C-F bền hơn so với liên kết C-H và không được nhận biết bởi hexokynase; kết quả là
FDG 6-phosphat được tạo ra và bị giữ lại trong tế bào. Trong tế bào khối u, việc tăng quá trình thuỷ phân glucogen và tăng sự tập trung FDG liên quan đến tăng mức độ vận chuyển glucose Glut1 (không phụ thuộc insulin) và sự biểu hiện của men hexokinase trong tế bào.
Hình 6: Cơ chế chuyển hoá của FDG trong tế bào ung thư (Tế bào ung thư được nằm trong ranh giới của hinh vuông, màu đỏ)
Hình A
Hình B
Hình C
Hình 7. Hình ảnh PET/CT với 18F-FDG ở bệnh nhân ung thư vòm.
K2(GLUT-1) (GLUT-1) ChÊt vËn chuyÓn glucose Glucose - 6 phosphatesse FDG FDG FDG - 6P K1 Hexokinasse
Hình A: Hình ảnh PET. Hình B. Hình ảnh PET/CT khối u vòm. Hình C. Hình ảnh PET/CT hạch cổ di căn.
(Nguồn: Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu - Bệnh viện Bạch Mai)
c. Chuyển hoá axit béo
ATP trong cơ tim được tạo ra trên cơ sở một số chất nền (axit béo tự do, glucose, lactate và ceton), phụ thuộc vào sự sẵn sàng tương đối của nồng độ chất nền, oxy và hormon (catecholamines, insulin, glucagons). Khi mức độ glucose trong huyết tương tăng lên dẫn đến sự thay đổi chuyển hoá glucose trong cơ tim, kết quả là FDG có thể sử dụng để đánh giá chuyển hoá cơ tim.
Trong trạng thái ổn định khi nồng độ insulin thấp, nồng độ FFA cao, có đến 70- 80% sản phẩm ATP dựa trên cơ sở oxy hoá FFAs. Enzym thiokinase trong bào tương đã chuyển FFA thành acetyl-CoA, chất này trải qua quá trình õ-oxy hóa trong ty thể và bị giáng hoá thành phân mảnh 2-carbon, bị chuyển hoá trong chu trình TCA. Được đánh dấu 11C ở vị trí 16 carbon, phân tử palmitate (1-[11C]-palmitate) được chuyển hoá thành 11C-acyl-CoA trong bào tương, một phần đi vào ty thể và tham gia chu trình TCA, phần còn lại để tổng hợp phần tử triglyceride và phospholipid trong bào tương. Vì quá trình chuyển hoá palmitate phức tạp nên gần đây các chất tương tự FFA đánh dấu 18F như axit 14(R, S)-[18F]-fluro-6-thia-heptadecanoic (FTHA), đã cho thấy sự bắt giữ trong cơ tim với sự khuếch tán nhỏ nhất trở lại máu.
d. Chuyển hoá Choline
Tất cả các tế bào đều sử dụng choline như chất tiền thân để sinh tổng hợp phospholipid, thành phần cơ bản của màng tế bào. Bên trong tế bào, choline được chuyển hoá qua quá trình phosphoryl hoá, oxy hoá hoặc acetyl hoá; sự phosphoryl hoá choline bị thuỷ phân bởi choline kinase. Phosphorylcholine là một dạng dự trữ choline trong tế bào và sau đó được chuyển thành phosphatidylcholine (lecithin), thành phần chính của màng tế bào.
Quá trình sinh ung thư được biểu hiện bởi quá trình tăng sinh tế bào. Người ta cho rằng sự chuyển dạng ác tính tế bào có liên quan đến hoạt động men choline kinase dẫn tới tăng nồng độ phosphorylcholine. Hơn nữa, khối u phát triển nhanh chứa một khối lượng lớn phospholipid đặc biệt phosphatidylcholine. Năm 1997-1998 [11C]choline (CH) được giới thiệu như một chất đánh dấu tiềm năng trong ghi hình u não và tuyến tiền liệt. Một trong những hạn chế chính của việc dùng [11C] choline là sự chuyển hoá trong máu, nơi đây nó được chuyển thành [11C] bêtain. Để giảm chuyển hoá trong máu thì người ta nghiên cứu dùng [18F]fluoromethylcholine hoặc [18F]fluorocholine
