Technet i inne izotopy promieniotwórcze chroniące nasze zdrowie

Naukowcy z NCBJ przedstawili obiecujące wyniki badań nad otrzymywaniem materiału tarczowego do akceleratorowej produkcji technetu-99m – jednego z ważniejszych dla medycyny nuklearnej izotopów promieniotwórczych. Ich praca ukazała się w czerwcowym numerze czasopisma Applied Radiation and Isotopes.

W dzia­ła­ją­cym w Na­ro­do­wym Cen­trum Ba­dań Ją­dro­wych (NCBJ) Ośrod­ku Ra­dio­izo­to­pów POLATOM (OR POLATOM) opra­co­wa­no wła­sną me­to­dę wy­twa­rza­nia tarcz do ak­ce­le­ra­to­ro­wej pro­duk­cji tech­ne­tu-99m. Tech­net-99m jest izo­to­pem pro­mie­nio­twór­czym sto­so­wa­nym na świe­cie w mi­lio­nach pro­ce­dur dia­gno­stycz­nych.

OR POLATOM w Świerku wytwarza i dostarcza do kilkunastu krajów urządzenia (tzw. generatory) do bezpośredniego otrzymywania tego radioizotopu w szpitalach. W generatorach źródłem technetu-99m jest inny izotop promieniotwórczy, molibden-99, otrzymywany z uranu napromienianego m.in. w NCBJ w reaktorze jądrowym Maria. Naukowcy badają jednak możliwości zastosowania alternatywnej metody wytwarzania technetu-99m w akceleratorach. Zainteresowanie takimi badaniami pojawiło się kilka lat temu w wyniku globalnego kryzysu w dostawach molibdenu-99.

Technet-99m można otrzymać w akceleratorze w wyniku napromienienia protonami tarczy zawierającej stabilny izotop molibden-100. „Tarcze molibdenowe, które poddawane są napromieniowaniu w akceleratorze muszą spełniać kilka bardzo istotnych kryteriów” – tłumaczy dr Izabela Cieszykowska z OR POLATOM, która kierowała pracami grupy badaczy. „Materiały tarczowe przeznaczone do napromieniowania muszą charakteryzować się wysokim stopniem wzbogacenia oraz wysoką czystością chemiczną, by w wyniku napromieniania nie dochodziło do powstawania niepożądanych izotopów. Z punktu widzenia wytrzymałości na działanie intensywnej wiązki protonów, konieczne jest, aby tarcze akceleratorowe posiadały dużą odporność mechaniczną oraz wysokie przewodnictwo cieplne i elektryczne. Jednocześnie materiały takie powinny być odpowiednio porowate, by umożliwić szybkie rozpuszczenie tarczy po procesie napromieniowania i oddzielenie powstałego technetu-99m, którego okres półtrwania wynosi zaledwie 6 godzin. ”

Do badań nad wytwarzaniem technetu-99m w akceleratorze naukowcy NCBJ wykorzystali metodę prasowania wzbogaconego molibdenu-100 do formy pastylki, a następnie jej spiekanie w atmosferze wodoru. W wyniku tych procesów otrzymywano pastylki o średnicy ok. 1 cm i o grubości poniżej 1 mm. Właściwości mechaniczne tak uformowanych tarcz silnie zależały od zastosowanego ciśnienia prasowania oraz od czasu spiekania. Wytrzymałość wytworzonych tarcz badano w Laboratorium Badań Materiałowych NCBJ. Najbardziej obiecujące pod względem jakości próbki zostały poddane naświetlaniu protonami w cyklotronie GE-PETtrace w ŚLCJ UW. „Udało nam się opracować i zoptymalizować metodę wytwarzania tarcz molibdenowych, które wykazują odporność podczas napromieniania wiązką protonów, a jednocześnie po aktywacji ulegają rozpuszczeniu w krótkim czasie, co umożliwia szybki ich przerób” – dodaje dr Cieszykowska. „Zaproponowana metoda produkcji technetu-99m z powodzeniem może być wykorzystywana tam, gdzie dostępne są typowe akceleratory działające na potrzeby PET. ”

Prezentowana praca to jeden z elementów przygotowań do uruchomienia w Świerku cyklotronu, w ramach projektu Centrum Projektowania i Syntezy Radiofarmaceutyków Ukierunkowanych Molekularnie CERAD. „Potrafimy już wytwarzać technet-99m, ale przede wszystkim myślimy o wytwarzaniu akceleratorowym innych izotopów promieniotwórczych do diagnostyki jak i do terapii, które dotychczas w Polsce nie były dostępne w takiej skali” – wyjaśnia dr hab. Renata Mikołajczak, profesor NCBJ, kierownik projektu CERAD, uczestnik badań nad nowymi tarczami molibdenowymi. „Duże nadzieje wiążemy np. z izotopami miedzi czy cyrkonu. Inny przykład to astat-211, który jest źródłem promieniowania alfa o bardzo małym zasięgu w tkankach, za to bardzo skutecznego, jeśli zostanie wprowadzone precyzyjnie w miejsce zmienione chorobowo. ”

Prace nad przygotowaniem technologii akceleratorowej prowadzone były w NCBJ przy wsparciu projektowym Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej, a także funduszy na naukę w ramach projektu pt. „Alternatywne metody produkcji technetu-99m”, dofinansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju z Programu Badań Stosowanych w ścieżce A. W ich toku uczeni współpracowali ze Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów (ŚLCJ) Uniwersytetu Warszawskiego oraz Instytutem Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie. Współpracujące jednostki naukowe są partnerami w konsorcjum CERAD. W skład konsorcjum wchodzą także Warszawski Uniwersytet Medyczny, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytet Medyczny w Białymstoku. Projekt jest realizowany w ramach Działania 4.2 „Rozwój nowoczesnej infrastruktury badawczej sektora nauki” Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

OR POLATOM jest jednym z wiodących na świecie wytwórców i eksporterów radiofarmaceutyków. Do ich wytwarzania stosowane są izotopy promieniotwórcze otrzymywane w reaktorze badawczym Maria. Po uruchomieniu cyklotronu CERAD naukowcy w Świerku będą mogli wytwarzać radioizotopy wykorzystując zarówno neutrony z Marii jak i protony, deuterony i cząstki alfa z akceleratora.

Praca pt. „Manufacturing and characterization of molybdenum pellets used as targets for Tc-99m production in cyclotron” ukazała się w czerwcowym numerze czasopisma Applied Radiation and Isotopes. Jej autorami są Izabela Cieszykowska, Tomasz Janiak, Tadeusz Barcikowski, Mieczysław Mielcarski i Renata Mikołajczak z NCBJ OR POLATOM, Jarosław Choiński z ŚLCJ, Marek Barlak z Zakładu Technologii Plazmowych i Jonowych NCBJ i Łukasz Kurpaska z Laboratorium Badań Materiałowych NCBJ.