Questo è uno sguardo all'interno del ciclotrone di UAB, che produce agenti di imaging molecolare radioattivo per la medicina nucleare utilizzando un tipo di acceleratore di particelle che muove i protoni, una specie di particella carica, lungo un percorso a spirale per colpire un materiale per produrre radioisotopi. Credito:UAB News
I team di ricerca dell'Università dell'Alabama della Birmingham's School of Medicine e dell'Università di Notre Dame hanno sviluppato un nuovo metodo che consente ai ricercatori di radiomarcare tre forme di sostanze alchiliche perfluorurate e polifluorurate e di tracciare il destino di queste sostanze chimiche quando entrano nel corpo.
Si tratta di un progresso significativo e tempestivo nell'identificazione e nel monitoraggio di questi PFAS, che sono noti per essere dannosi per il corpo umano, e solo il mese scorso sono stati trovati ampiamente utilizzati nella carta da imballaggio dei fast food in molte famose catene di ristoranti.
La novità del metodo di nuova concezione è che uno degli atomi di fluoro sulla molecola PFAS è stato sostituito con una forma radioattiva di fluoro, lo stesso radioisotopo fluoro-18 utilizzato per la tomografia medica a emissione di positroni negli ospedali di tutto il mondo.
"Per la prima volta, abbiamo un tracciante PFAS o una sostanza chimica che abbiamo etichettato per vedere dove va nei topi, " ha detto Suzanne Lapi, dottorato di ricerca, autore senior dello studio pubblicato oggi nel Journal of Environment Science and Technology . Lapi è professore associato presso il Dipartimento di Radiologia e Chimica dell'UAB, e direttore del Cyclotron Facility di UAB. "Ciascuno dei traccianti ha mostrato un certo grado di assorbimento in tutti gli organi e tessuti di interesse che sono stati testati, compreso il cervello. Il più alto assorbimento è stato osservato nel fegato e nello stomaco, e quantità simili sono state osservate nel femore e nei polmoni."
Punti chiave da sapere su questa scoperta, scoperte recenti
I PFAS sono spesso utilizzati in prodotti antimacchia, materiali antincendio e pentole antiaderenti e non destinati all'ingestione. Precedenti studi hanno dimostrato che i PFAS possono migrare, contaminare il cibo e, quando consumato, accumulandosi nel corpo.
Ora che sembra probabile che qualsiasi PFAS che può essere sintetizzato e isolato possa essere radiomarcato e utilizzato per misurare direttamente la cinetica di assorbimento e biodistribuzione nei sistemi biologici, apre la possibilità di misurare direttamente l'assorbimento nei volontari soggetti umani.
"Questo è possibile poiché tracce dei composti sono facilmente misurabili e la radioattività è di breve durata, " ha detto Graham Peaslee, dottorato di ricerca, il coautore dello studio e professore di fisica nucleare sperimentale presso il College of Science dell'Università di Notre Dame. "È una scoperta importante perché i PFAS sono una sostanza chimica davvero persistente che, una volta nel flusso sanguigno, resta lì e si accumula, il che non va bene".
Malattie tra cui tumori ai reni e ai testicoli, malattia della tiroide, basso peso alla nascita e immunotossicità nei bambini, e altri problemi di salute sono stati collegati ai PFAS in studi precedenti.
Ora che i ricercatori hanno identificato per la prima volta quali PFAS si accumulano inizialmente - e in quali organi specifici - e con alcune differenze sorprendenti, gli autori dicono che ci sono implicazioni sulla salute ben oltre questo studio iniziale.
"Siamo molto entusiasti di questa tecnica, che prende in prestito dal nostro lavoro attuale lo sviluppo di agenti di imaging per la medicina nucleare, "ha detto Jennifer Burkemper, dottorato di ricerca, scienziato nel Cyclotron Facility di UAB e primo autore dello studio. "Questo lavoro può consentire uno screening rapido dei composti PFAS per ottenere informazioni chiave sul loro destino biologico".
PFAS nelle notizie
I prodotti chimici fluorurati sono stati molto nelle notizie di recente, soprattutto PFAS. Ci sono stati incidenti industriali come quelli scoperti vicino al fiume Hoosic a New York lo scorso autunno, e l'accordo Dupont di $ 670 milioni il mese scorso relativo allo scarico della sostanza chimica tossica C8, noto anche come acido perfluoroottanoico, nel fiume Ohio.
Un'altra fonte di esposizione a queste sostanze chimiche è stata segnalata a febbraio, quando un sondaggio ha rilevato che un terzo degli involucri dei fast food era stato trattato con queste sostanze chimiche fluorurate.
"C'era la preoccupazione che queste sostanze chimiche potessero entrare direttamente nel cibo che era avvolto con imballaggi trattati, " disse Peaslee, che ha utilizzato l'emissione di raggi gamma indotta da particelle per fare i risultati riportati a febbraio. "Una preoccupazione più grande è che, perché queste sostanze chimiche persistono a lungo nell'ambiente, quando i prodotti di consumo trattati entrano in discarica, queste sostanze chimiche riemergeranno nella nostra acqua potabile. Questi risultati complessivi mettono già in discussione la sicurezza di questi composti PFAS alternativi a catena più corta".
Lapi afferma che il nuovo strumento sviluppato dai team di ricerca può essere utilizzato per studiare il comportamento dei PFAS negli studi di risanamento ambientale per misurare il destino dei composti radiomarcati nei sistemi di trattamento ambientale.
"Questo è un primo passo straordinario, "Lapi ha detto, "e sottolinea la necessità di ulteriori studi per indagare in modo aggressivo diversi composti PFAS in diversi sistemi biologici e ambientali per valutare il pieno impatto di questo nuovo metodo radiosintetico".
Oltre al cancro ai reni e ai testicoli, gli scienziati hanno precedentemente trovato il colesterolo alto, malattia della tiroide, ipertensione indotta dalla gravidanza e colite ulcerosa da correlare alla quantità di acido perfluoroottanoico, o PFOA, trovato nel sangue di persone che sono state esposte all'acqua contaminata.
Di conseguenza, l'Agenzia per la protezione dell'ambiente e i produttori statunitensi hanno raggiunto un compromesso per rimuovere volontariamente due specifici PFAS a "catena lunga" dal mercato statunitense entro il 2015, incluso il PFOA. Però, l'industria è passata da queste forme "a catena lunga" di PFAS a versioni a catena più corta delle stesse sostanze chimiche, dice Peaslee. There are no toxicology data available for most of the alternative short-chain PFAS compounds used commercially.
Additional importance, future steps
Lapi's team makes radioactive molecular imaging agents for nuclear medicine using the UAB Imaging Facility's cyclotron, a type of particle accelerator that moves protons, one kind of charged particle, along a spiral path to strike a material to produce radioisotopes. These radioisotopes can be chemically attached to molecules created to home in on biological targets of interest. These targets typically include certain receptors on cancer, and lung and heart function. They also look at different tracers for neurology.
When researchers looked at the PFAS chemicals and saw their structure, Lapi says, her group thought the chemistry of the compound was amenable enough to do radiolabeling with their techniques.
"Conventionally, tracing these PFAS compounds is very difficult, " Lapi said. "These compounds are not UV active, and they're very difficult to detect. There are some techniques where you can detect total fluorine concentration, but that does not give you an idea of which compound the fluorine is attached to. With our method, we can actually tag the intact compound with a fluorine 18 radio tracer, and it gives us a handle so we can see where that compound is going and make very sensitive measurements. These sensitive measurements are probably the most important thing, because it's so difficult to detect in other methods, where you would have to take the liver out, homogenize it, extract the chemical out and do mass spectrometry to see how much of the chemical is in there. And you'd have to do it with every single organ. Per noi, we can take the whole mouse, image it, and we're done. Or we can take the tissues and we can count it, and we're done. It's a much quicker and less time-consuming method to look at where these go."
Finora, Lapi says, the group has looked at three compounds, far short of the hundreds of PFASs that have been identified.
"While I don't think we will look at all of these PFASs, we would like to look at different families of these compounds and see how they are distributed in the body, " Lapi said. "Because even with very small changes in these compounds, we were able to see differences in brain uptake, which is important because these may have neurological impacts. We saw different clearance patterns, blood binding and other things. We want to look at different classes of compounds, how they're excreted from the body, how they accumulate, and see if we can really say something about how you would get rid of these compounds."
The next step after that would be to identify how this newly discovered technique could be used to clean up compounds in environmental situations where there is a contaminate issue.
"We want to know if, dire, we have a huge contaminated water supply full of PFASs, how do we make techniques to get PFAS out of the water supply, " she said. "Perhaps we can take a bucket of water, spike it with our radioactive substance, put it through filters and different types of cleanup technologies, and see how we can effectively extract that compound from the water supplies."
Lapi and her team are excited that they have been able to show how to take techniques from nuclear medicine and previous UAB imaging studies and apply them to environmental compounds—a significant achievement moving forward.
"When people think of radio chemistry, they typically think of tritium or carbon 14 or these very long-lived compounds when doing these pharmacokinetic studies, " Lapi said. "Now we have a whole host of different radio isotopes with different chemical properties, and we really have these nice tools that we can use for different applications outside of nuclear medicine, like environmental cleanup applications."
