Фармакокінетичне моделювання радіофармпрепаратів на основі фтор-18 для оптимізації протоколів ПЕТ-діагностики

Abstract

Дипломна робота присвячена комплексному порівняльному фармакокінетичному аналізу п'яти 18F-мічених радіофармпрепаратів з метою оптимізації протоколів позитронно-емісійної томографії. На основі трикомпартментної фармакокінетичної моделі у середовищі COPASI проведено симуляцію часових профілів накопичення препаратів у нормальній та пухлинній тканинах. Розраховано ключові діагностичні метрики: площа під кривою (AUC0-60), відношення пухлина/норма (TNR) на 30-й та 60-й хвилинах, а також показник ранньої кінетики (S0-20). Проведено локальний аналіз чутливості для визначення параметрів, що найбільшою мірою визначають контрастність і часову стабільність сигналу. Методами in silico розраховано ADMET-дескриптори досліджуваних сполук та встановлено їхню кореляцію зі змодельованими кінетичними параметрами. Для узагальнення багатовимірних даних застосовано ієрархічну кластеризацію та аналіз головних компонентів (PCA). Встановлено, що досліджувані препарати формують два функціональних класи: трейсери з необоротним захопленням ([¹⁸F]FDG, [¹⁸F]FLT, [¹⁸F]FMISO) та трейсери з оборотним транспортом ([¹⁸F]FET, [¹⁸F]DOPA). Визначено оптимальні часові вікна сканування для кожного препарату та обґрунтовано їхній вибір залежно від молекулярних характеристик пухлини. Отримані результати підтверджують доцільність переходу від емпіричних до біологічно обґрунтованих протоколів ПЕТ-діагностики.The thesis presents a comprehensive comparative pharmacokinetic analysis of five 18F-labelled radiopharmaceuticals aimed at optimising positron emission tomography (PET) protocols. A three-compartment pharmacokinetic model implemented in COPASI was used to simulate the time–activity profiles of each tracer in normal and tumour tissues. Key diagnostic metrics were calculated: area under the curve (AUC0-60), tumour-to-normal ratio (TNR) at 30 and 60 minutes post-injection, and the early kinetics index (S0-20). Local sensitivity analysis was performed to identify the parameters that most strongly determine signal contrast and temporal stability. ADMET descriptors of the studied compounds were computed using in silico methods, and their correlations with the modelled kinetic parameters were established. Hierarchical clustering and principal component analysis (PCA) were applied to consolidate the multidimensional data. It was found that the studied tracers form two functional classes: tracers with irreversible trapping ([18F]FDG, [18F]FLT, [18F]FMISO) and tracers with reversible transport ([18F]FET, [18F]DOPA). Optimal scanning time windows were determined for each tracer and justified on the basis of the molecular characteristics of the tumour. The results support the transition from empirical to biologically grounded PET diagnostic protocols.