Thuốc phóng xạ là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa thuốc phóng xạ

Thuốc phóng xạ (radiopharmaceuticals) là những hợp chất có chứa đồng vị phóng xạ được sử dụng trong y học hạt nhân nhằm phục vụ mục đích chẩn đoán hoặc điều trị bệnh lý. Các thuốc này là sự kết hợp giữa một dược chất định hướng tới cơ quan đích và một đồng vị phát xạ ion hóa, cho phép ghi nhận tín hiệu hình ảnh hoặc tác động điều trị tại vị trí mong muốn.

Khác với thuốc thông thường chỉ gây tác động hóa học hoặc sinh học, thuốc phóng xạ còn phát ra tia phóng xạ như alpha, beta, gamma hoặc positron. Các tia này có thể xuyên mô, tạo ảnh hoặc tiêu diệt tế bào tùy theo đặc tính vật lý của đồng vị sử dụng. Do đó, thuốc phóng xạ có vai trò đặc biệt trong các kỹ thuật hình ảnh như PET, SPECT và trong điều trị đích các bệnh lý ung thư, nội tiết.

Việc sử dụng thuốc phóng xạ cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn bức xạ, bảo quản, vận chuyển và xử lý chất thải. Bởi đặc tính phát xạ ion hóa, chúng có thể gây tổn thương DNA nếu tiếp xúc không kiểm soát. Chính vì vậy, mọi khâu từ sản xuất đến sử dụng thuốc phóng xạ đều chịu sự giám sát của các cơ quan kiểm soát bức xạ và y tế hạt nhân quốc gia hoặc quốc tế.

Phân loại theo mục đích sử dụng

Thuốc phóng xạ được chia thành hai nhóm chính theo chức năng lâm sàng: nhóm dùng cho chẩn đoán hình ảnh và nhóm dùng cho điều trị. Sự phân loại này chủ yếu dựa trên loại tia phát ra, liều sử dụng và mục tiêu sinh học cần đạt được trong cơ thể bệnh nhân.

Nhóm thuốc chẩn đoán thường sử dụng đồng vị phát tia gamma hoặc positron với liều rất thấp, đủ để ghi nhận tín hiệu nhưng không gây tổn thương mô. Ví dụ, ^99mTc và ¹⁸F là hai đồng vị phổ biến dùng trong SPECT và PET. Nhóm thuốc điều trị sử dụng đồng vị phát tia beta hoặc alpha, có năng lượng cao hơn và được dùng với liều điều trị để tiêu diệt tế bào bệnh lý như ung thư tuyến giáp, u thần kinh nội tiết.

Loại thuốc	Đồng vị điển hình	Bức xạ	Ứng dụng chính
Chẩn đoán	99mTc, 18F	Gamma, Positron	SPECT, PET – tim mạch, ung thư, xương
Điều trị	131I, 177Lu	Beta, Alpha	Điều trị ung thư tuyến giáp, nội tiết

Chi tiết chuyên môn tham khảo tại: National Cancer Institute – Radiopharmaceuticals

Cấu trúc và thành phần của thuốc phóng xạ

Một thuốc phóng xạ bao gồm ba thành phần chính: (1) đồng vị phóng xạ, (2) chất mang sinh học và (3) chất liên kết (chelator hoặc linker). Sự kết hợp ba yếu tố này tạo nên tính đặc hiệu và ổn định của thuốc trong môi trường sinh lý.

Đồng vị phóng xạ là nguồn phát xạ dùng để chẩn đoán hoặc điều trị, thường được chọn dựa trên loại bức xạ, thời gian bán rã và khả năng gắn kết với dược chất. Chất mang là một phân tử có khả năng tích lũy chọn lọc tại mô bệnh như kháng thể đơn dòng, peptide, hoặc phân tử đường. Linker giúp gắn kết hai thành phần trên, đảm bảo cấu trúc ổn định và không gây tách rời sớm trong tuần hoàn.

• Đồng vị: quyết định hiệu lực và cách sử dụng (chẩn đoán hay điều trị)
• Chất mang: quyết định vị trí tích lũy trong cơ thể
• Linker: đảm bảo tính ổn định hóa học, sinh học

Sự tối ưu hóa cấu trúc thuốc phóng xạ đòi hỏi sự phối hợp giữa vật lý hạt nhân, hóa học phóng xạ và dược lý học. Tính toán bán rã sinh học và vật lý là bắt buộc để ước lượng liều hấp thụ tại mô đích.

Cơ chế hoạt động của thuốc phóng xạ

Thuốc phóng xạ hoạt động dựa trên khả năng dẫn hướng của chất mang và năng lượng phát xạ của đồng vị. Sau khi được tiêm vào cơ thể, thuốc sẽ phân bố theo đặc tính sinh học của chất mang, tích lũy tại mô đích và phát ra bức xạ ion hóa tại vị trí đó.

Trong ứng dụng chẩn đoán, tia gamma hoặc positron từ thuốc phóng xạ được thiết bị ghi nhận (gamma camera, PET scanner) và tái tạo thành hình ảnh chức năng. Quá trình này cho phép đánh giá chuyển hóa, tưới máu, mật độ thụ thể… trong thời gian thực.

Ở mục đích điều trị, bức xạ beta hoặc alpha có khả năng phá hủy tế bào thông qua ion hóa DNA, gây đứt gãy chuỗi và cảm ứng chết tế bào. Cơ chế này đặc biệt hữu ích trong điều trị khối u rải rác, tế bào đơn lẻ mà phương pháp phẫu thuật không can thiệp được.

Các đồng vị phóng xạ phổ biến

Việc lựa chọn đồng vị phóng xạ cho từng loại thuốc phụ thuộc vào đặc tính vật lý như thời gian bán rã, loại bức xạ phát ra, năng lượng phát xạ, và khả năng gắn kết hóa học với chất mang. Mỗi đồng vị phù hợp với một mục tiêu lâm sàng cụ thể và yêu cầu kỹ thuật riêng về sản xuất, bảo quản và sử dụng.

Các đồng vị thường dùng trong chẩn đoán gồm:

• ^99mTc (Technetium-99m): phát tia gamma, thời gian bán rã 6 giờ, lý tưởng cho SPECT
• ¹⁸F (Fluorine-18): phát positron, bán rã 110 phút, thường dùng trong PET/CT

Các đồng vị điều trị phổ biến gồm:

• ¹³¹I (Iodine-131): phát beta và gamma, điều trị tuyến giáp
• ¹⁷⁷Lu (Lutetium-177): phát beta năng lượng thấp, lý tưởng cho điều trị u thần kinh nội tiết
• ²²³Ra (Radium-223): phát alpha, dùng trong ung thư di căn xương

Đồng vị	Loại bức xạ	Thời gian bán rã	Ứng dụng
99mTc	Gamma	6 giờ	SPECT tim mạch, xương, thận
18F	Positron	110 phút	PET – chẩn đoán ung thư
131I	Beta và gamma	8 ngày	Điều trị tuyến giáp
177Lu	Beta	6,7 ngày	U thần kinh nội tiết, ung thư tuyến tiền liệt

Ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh

Thuốc phóng xạ đóng vai trò trung tâm trong các kỹ thuật hình ảnh chức năng hiện đại như PET (Positron Emission Tomography) và SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography). Khác với CT hay MRI cung cấp hình ảnh giải phẫu, các kỹ thuật này hiển thị quá trình sinh lý – chuyển hóa – tại cấp độ phân tử.

Chẩn đoán hình ảnh sử dụng thuốc phóng xạ cho phép phát hiện tổn thương ở giai đoạn rất sớm, đánh giá hoạt động khối u, kiểm tra mức tưới máu tim, đánh giá chức năng thận hoặc não. Các bệnh phổ biến được áp dụng gồm ung thư phổi, vú, đại trực tràng, bệnh Alzheimer và bệnh mạch vành.

Ví dụ nổi bật là ¹⁸F-FDG PET, trong đó phân tử FDG (một dạng glucose phóng xạ) tích lũy ở tế bào ung thư có chuyển hóa cao, phát positron ghi nhận được bằng máy PET, tái tạo thành ảnh ba chiều chính xác về vị trí và mức độ hoạt động của khối u.

Ứng dụng trong điều trị

Các thuốc phóng xạ điều trị được thiết kế để mang liều bức xạ tiêu diệt có chọn lọc mô bệnh. Điều này đạt được nhờ chất mang tích lũy tại tế bào đích, đồng vị phát ra tia beta hoặc alpha có khả năng gây đứt gãy DNA, dẫn đến apoptosis (chết tế bào theo lập trình) hoặc hoại tử mô đích.

Điều trị phóng xạ nội khoa được ứng dụng hiệu quả trong các bệnh lý sau:

• Cường giáp, ung thư tuyến giáp: dùng ¹³¹I, hấp thu chọn lọc bởi tuyến giáp
• U thần kinh nội tiết: dùng ¹⁷⁷Lu-DOTATATE nhắm thụ thể somatostatin
• Ung thư xương di căn: dùng ²²³Ra có ái lực cao với mô xương

Ưu điểm chính của thuốc phóng xạ điều trị là độ chọn lọc cao, tác động khu trú, ít gây tổn thương mô lành xung quanh – điều khó đạt được với xạ trị ngoài thông thường.

Quản lý an toàn bức xạ

Việc sử dụng thuốc phóng xạ đòi hỏi hệ thống quản lý an toàn nghiêm ngặt để bảo vệ bệnh nhân, nhân viên y tế và môi trường. Các nguyên tắc cơ bản gồm:

• ALARA: As Low As Reasonably Achievable – giảm liều đến mức thấp nhất có thể
• Ba yếu tố an toàn: thời gian tiếp xúc, khoảng cách và che chắn
• Giám sát liều cá nhân: qua dosimeter và hồ sơ phơi nhiễm

Các cơ sở y tế sử dụng thuốc phóng xạ phải được cấp phép bởi cơ quan chuyên trách như Bộ Khoa học Công nghệ, IAEA hoặc NRC (U.S. Nuclear Regulatory Commission), có quy trình xử lý chất thải phóng xạ, vùng cách ly và huấn luyện định kỳ nhân sự.

Thông tin chuyên sâu tại: IAEA – Radiopharmaceuticals

Tiềm năng và thách thức tương lai

Thuốc phóng xạ đang mở ra hướng tiếp cận mới trong y học chính xác và điều trị cá thể hóa. Xu hướng phát triển “theranostics” – kết hợp chẩn đoán và điều trị trong cùng một phân tử – đang được nghiên cứu rộng rãi. Một ví dụ điển hình là cặp ⁶⁸Ga-DOTATATE (PET) và ¹⁷⁷Lu-DOTATATE (điều trị) trong u thần kinh nội tiết.

Các công nghệ mới như cyclotron mini, hệ thống tổng hợp tự động, kỹ thuật chelator thế hệ mới giúp cải thiện độ ổn định, hiệu quả và khả năng sản xuất tại chỗ của thuốc phóng xạ. Tuy nhiên, các rào cản vẫn còn hiện hữu gồm:

• Chi phí cao và yêu cầu cơ sở hạ tầng đặc thù
• Chuỗi cung ứng đồng vị phức tạp, hạn chế nguồn sản xuất
• Rào cản pháp lý và đào tạo nhân lực chuyên môn

Vượt qua các thách thức này sẽ là chìa khóa để mở rộng ứng dụng thuốc phóng xạ, mang lại lợi ích thiết thực cho bệnh nhân trong nhiều lĩnh vực y học hiện đại.