Радиоактивные нуклиды часто используются в медицине, поскольку их излучение создаёт широкий спектр энергичных частиц, которые могут помочь в диагностике и лечении заболеваний. Однако существует проблема создания нуклидов, которые были бы одновременно полезны в медицинских целях и экономически выгодны.
Мамед Эслами из Йоркского университета в Великобритании и его коллеги продемонстрировали новый эффективный способ получения радионуклидов с помощью оставшихся гамма-лучей от экспериментов на электронных ускорителях [1]. В частности, команда показала, что этот метод переработки может создать два нуклида меди — медь-64 и медь-67, второй из которых было трудно получить в достаточных количествах с помощью предыдущих методов.
Медицинские исследователи особенно заинтересованы в этой паре нуклидов, поскольку их потенциально можно вводить вместе для борьбы с раком: один нуклид доставляет терапевтическое излучение, а другой обеспечивает диагностическую визуализацию.
Тераностика
Стратегия сочетания терапии и диагностики в одной процедуре называется тераностикой. В ядерной медицине терапевтическая сторона часто включает присоединение радиоактивных нуклидов к антителам и введение их в кровоток пациента. Когда антитела, несущие нуклиды, достигают своей опухолевой мишени, они закрепляются, и локально доставляемое излучение разрушает ДНК раковых клеток, убивая их.
С диагностической стороны у врачей есть такие инструменты, как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), которые также полагаются на комбинации нуклид-антитела, но для обнаружения опухолей, а не для их уничтожения. Потенциально два нуклида — один терапевтический, другой диагностический — могут быть связаны с одним и тем же антителом, что позволит врачам отслеживать лечение по мере его проведения. Такое двойное связывание проще осуществить, если нуклиды имеют одинаковую химию, что происходит, когда они являются изотопами одного и того же элемента.
Фармацевтические компании определили несколько перспективных тераностических пар. Одной из таких пар является пара медь-64 и медь-67. Медь-64 испускает позитроны, которые могут точно определять опухоли при ПЭТ-сканировании, в то время как медь-67 испускает бета-частицы, которые могут атаковать раковые клетки. Оба нуклида имеют клинически удобные периоды полураспада, а их химия хорошо изучена.
Производство меди-67
Эслами и его коллеги нашли способ повысить выход меди-67. Метод может также иметь преимущество в снижении затрат, поскольку он может использовать существующую инфраструктуру. Эслами узнал от коллег, что некоторые эксперименты на ускорителях частиц проводятся с интенсивными электронными пучками в течение длительных периодов, и что некоторые из гамма-лучей, генерируемых пучками, выбрасываются после прохождения через их намеченную цель. Эти потерянные фотоны, как он понял, можно использовать.
Эслами и его коллеги испытали свою идею на Mainz Microtron, электронном ускорителе в кампусе Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце в Германии. В своём эксперименте электроны с энергией 855 МэВ ударили по листу из сплава кобальта, железа и ванадия, создавая тормозное излучение — гамма-лучи, — которые впоследствии воздействовали на мишень из цинковой фольги.
Через 2 часа исследователи измерили количество меди-67 (и других нуклидов), полученных в фольге. В текущих исследованиях с медью-67 пациенты получают дозы, радиоактивность которых составляет несколько гигабеккерелей (ГБк), что соответствует нескольким миллиардам ядерных распадов в секунду. Эслами и его коллеги обнаружили, что их экспериментальный эксперимент по проверке концепции дал около 0,06 ГБк в час, что означает, что для производства 4 ГБк меди-67 потребуется около 5 дней. Это время производства сопоставимо с тем, сколько времени требуется высокопоточному исследовательскому реактору для производства 4 ГБк лютеция-177, нуклида, используемого для лечения нейроэндокринных опухолей и рака простаты.
Исследователи ставили перед собой не только цель выяснить, можно ли получить полезные количества меди-67. Они также хотели изучить потенциал получения других полезных нуклидов при столкновениях гамма-лучей с ядрами цинка. Из данных о рассеянии электронов они определили спектр гамма-излучения, попадающего на их мишень. Затем они сравнили свои выходы радионуклидов с популярной моделью реакций фотон-ядро и обнаружили расхождения, особенно в диапазоне высоких энергий гамма-лучей. «Наши данные выявили явные пробелы в моделях», — говорит Эслами. «Это явный признак того, что в этом энергетическом диапазоне необходимы новые теоретические разработки».
Дэвид Ротч возглавляет группу по разработке медицинских изотопов в Национальной лаборатории Ок-Риджа в Теннесси. Десять лет назад он и его коллеги получили медь-67, бомбардируя цинковые мишени гамма-лучами в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. Они отказались от проекта, потому что загрязнение природным медью снизило радиоактивность ниже уровней, необходимых для терапии. Но, по его словам, «фотоядерный путь производства — отличный путь для получения этого изотопа».
Чарльз Дэй,
старший редактор журнала Physics Magazine.
[1] — здесь можно было бы добавить ссылку для более детального изучения, но в данном формате это не предусмотрено.