Радиосиновэктомия – метод лечения воспалительных заболеваний суставов с помощью изотопов. Инновации ФЭИ для ядерной медицины

03.07.2020

Научно-технический семинар "Re-188 и радиофармацевтические препараты на его основе. Перспективы развития и применения" прошёл 21 июня 2018 года на базе ГНЦ РФ - ФЭИ.

На полях мероприятия на вопросы корреспондентов электронного издания сайт ответил начальник лаборатории ГНЦ РФ - ФЭИ Дмитрий СТЕПЧЕНКОВ.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Дмитрий Степченков, фото Сергей Стожилов

Дмитрий Владимирович, пожалуйста, несколько слов о семинаре.

Семинар посвящён генераторам рения-188, радиоактивного изотопа, использующегося в ядерной медицине для проведения терапевтических процедур. На его основе изготавливаются остеотропные препараты, то есть препараты, способные усваиваться в костях.

В мире для лечения костных метастаз используются различные радиофармпрепараты, в том числе на основе хлорида стронция-89 или самария-153. Но у них есть свои недостатки.

Так, у самария-153 относительно короткий период полураспада, порядка 46 часов. Транспортировать его от производителя до медицинского учреждения возможно только в тех случаях, когда доставка занимает небольшое время. А препараты на основе стронция в нашей стране тоже не получили широкого распространения.

Генераторы рения удобны в транспортировке на любые расстояния. Это относительно небольшие изделия. Вес собственно генератора составляет примерно 15 кг, а вес контейнера с полностью укомплектованным набором - примерно 20 кг. Получают рений-188 из генератора непосредственно в медицинском учреждении.

По какой реакции в генераторе получается рений-188?

Материнский изотоп - вольфрам-188. Он претерпевает бета-распад с периодом 69,4 суток, в результате которого получается рений-188, а он в свою очередь испытывает бета-распад с образованием стабильного осмия-188.

Важное преимущество рения-188 с точки зрения ядерной медицины состоит в том, что его бета-распад сопровождается гамма-линией. Бета-излучение даёт терапевтический эффект, а гамма-составляющая позволяет получить распределение введённого радиофармпрепарата по организму, то есть обеспечивает визуализацию.

Где производится вольфрам-188?

Вольфрам-188 нарабатывается в высокопоточных реакторах. В мире есть два крупнейших производителя этого изотопа - реактор HFIR в Окриджской национальной лаборатории (США) и димитровградский НИИАР, где он производится в нейтронной ловушке реактора СМ.

Насколько мы знаем, на HFIR сейчас вольфрам-188 практически не производится, а вот на российском реакторе работы по его получению продолжаются.

Возможно ли использовать для наработки вольфрама-188 реакторы с менее высокими потоками, чем в HFIR или СМ?

Всё упирается в физику и экономику. В связи с тем, что наработка вольфрама-188 происходит путём облучения вольфрама-186 через промежуточную стадию образования относительно короткоживущего изотопа вольфрам-187, то на реакторе с тепловым спектром нейтронов не удастся получить значимое количество вольфрама-188. Кроме того, он будет содержать примесь вольфрама-187.

На высокопоточных реакторах с точки зрения наработки вольфрама-188 мы добиваемся оптимальной продолжительности кампании облучения с максимальным выходом продукта.

Первые работы по медицинскому применению рения-188 в нашей стране велись в 80-ые годы Институтом биофизики Минздрава СССР (в настоящее время - ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И.Бурназяна ФМБА России).

Они совпали по времени с длительным остановом реактора СМ-2, поэтому облучение вольфрамовых мишеней проводили на реакторе ИЯФ АН Узбекистана с плотностью потока менее 10 14 н/см 2 /c. - Прим. сайт.

Какие задачи по рению-188 выполняет ФЭИ?

Наш институт осуществляет переработку материнского сырья (соединения вольфрама-188), получаемого в АО "ГНЦ НИИАР". Мы делаем из него активную фармацевтическую субстанцию, которая потом применяется в генераторах рения-188.

Радионуклиды l86 Re (7’i/2 = 90,6 ч) и l88 Re (Тц 2 = 6,9 ч), являясь Р -излучателями, так же как l53 Sm и ll7m Sn, имеют удобные для регистрации линии у-спектра с энергиями 137 и 155 кэВ, соответственно. Как следует из табл. 5.2 , получение IX6 Re возможно на среднепоточных реакторах путем облучения нейтронами порошковых или металлических мишеней из обогащенного рения-185. Все это делает его достаточно доступным для медицины. Вместе с тем для его транспортирования на большие расстояния требуется наработка высоких удельных активностей радионуклида, что создает сложности при последующем получении требуемых дозированных количеств препарата в клинических условиях. После облучения порошковые мишени переводят в рениевую кислоту путем их растворения в азотной кислоте или перекиси водорода. Для вскрытия металлических мишеней применяют 30 % раствор перекиси. К числу известных препаратов на основе IS6 Re относится его комплексное соединение с натриевой солью 1-гидроксоэтилидин ди- фосфоновой кислоты (HEDP).

В отличие от l86 Re радионуклид рений-188 является генераторным продуктом (3 -распада 18 w и образуется в результате ядерных превращений:

Для наработки материнского радионуклида W обычно применяют металлические порошковые мишени, а также мишени из окиси вольфрама, обогащенные по изотопу l86 W. В дальнейшем растворение металлических мишеней проводят в смеси (0,1 М NaOH и 30 % Н1О2), а оксида вольфрама - в растворе (0,1 М NaOH и 5 % NaOCl).

С учетом того, что W образуется в результате двух последовательных реакций (и, у), его производство целесообразно только на реакторах, имеющих поток нейтронов не менее 5 ? 10 м н/см 2 с. Расчет ве- личины удельной активности W, сделанный для такой цепочки превращений , показывает, что при потоке 510 14 н/см 2, с и времени облучения 100 дней она составит около 1,5 Ки/г. На реакторах с потоком 2 ? 10 15 н/см 2 с достигается выход радионуклида ~ 10 Ки/г за 43 часа облучения.

Для отделения l88 Re от материнского изотопа и получения его без

носителя используются хроматографические W/" Re-генераторы, где в качестве основного сорбента применяется оксид алюминия. На рис. 5.1 приведена схема генератора, разработанного в Ок-Риджской национальной лаборатории. Представленный генератор, помимо основной колонки с оксидом алюминия, имеет концентрирующие анионообменные колонки с катионитом и анионитом.

Генератор работает следующим образом: по коммуникации 1 шприцом через хроматоргафическую колонку, фильтр 2, катионообменную колонку с серебром 5, анионообменную колонку 3, пропускают 20 мл 0,155 М раствора NaCl, фильтруют и собирают в сборнике 9, снабженном воздушным фильтром 8. Хроматографическая и ионообменные колонки, а также сборник l88 Re расположены в защитных контейнерах. Трехходовые вентили 6 и 7 предназначены для проведения промывки и регенерации ионообменной колонки. Выход рения-188 с радиохимической чистотой более 99,0 % составляет более 90 %. Содержание примеси материнского радионуклида l88 W в элюате не превышает 1 10^%

от активности Re.

Рис. 5.1. Схема,HH W/ m Re генератора:

1 - подача элюента; 2 - фильтр; 3 - анионообменная колонка; 4 - ионообменная колонка; 5 - катионообменная колонка с серебром; 6 - трехходовой вентиль для отходов; 7 - трехходовой вентиль для промывочной воды и элюата; 8 - воздушный фильтр; 9 - общий сборник

Более простой и технологичный способ получения генератора рения-188 с высокой радионуклидной чистотой и объемной активностью целевого радионуклида был разработан в Институте ядерной физики АН Республики Узбекистан. Здесь для обеспечения высокой радионуклидной чистоты целевого продукта очистку от посторонних радионуклидных примесей проводят на предварительном этапе перед зарядкой генератора. С этой целью облученную мишень из металлического вольфрама, обогащенного по изотопу IS6 W до 99,79%, растворяют в перекиси водорода. Псрскисный раствор вольфрама подщелачивают до pH 10... 12 и проводят очистку от радионуклидных примесей путем пропускания щелочного раствора через колонку с оксидом алюминия, обработанного непосредственно перед употреблением 0,01... 0,10 М раствором щелочи. Полученный щелочной раствор вольфрамата собирают, подкисляют соляной кислотой до pH 3...4, дозируют и отправляют на зарядку генераторов. Адсорбцию поливольфрамат-ионов проводят на колонках высотой 7... 10 см и диаметром 0,8... 1,2 см, вмещающих до 5 г оксида АЬОз, предварительно обработанного 0,1 М раствором HCI при нагревании в течение 5... 10 мин. В нижней части колонки, кроме того, располагают фильтрующий слой из оксида алюминия в Н-форме.

Через 18 ч генераторы промывают 30 мл 0,9% раствором NaCl с pH 3...4. Элюирование рения-188 осуществляют тем же раствором, но объемом 10 мл. При этом обеспечивается радиохимический выход более 75,5 % и РХЧ препарата 99,9 %, pH 5,51. Содержание неактивных примесей Al, Fe, Си не более 5 мкг/мл, радионуклидных примесей li4 Cs, i37 Cs, 60 Со, 65 Zn, " 0m Ag, |40 Ва - менее К) 5 %, l88 W - менее 10 3 %.

Подобный генератор (ГРЕН-1) с активностью элюата рения-188 до 1 Ки был в 2006 году разработан в ГНЦ РФ ФЭИ. Медицинский соисполнитель - МРНЦ РАМН (г. Обнинск). Поставщиком сырья для производства этих генераторов является ОАО НИИАР (г. Димитрово- град). К настоящему времени на реакторе СМ-3 отработан режим облучения l86 W, при котором достигается удельная активность l88 W до 8 Ки/г.

Главное преимущество W/ Re-генераторов состоит в том, что они имеют длительный срок годности и предоставляют возможность получать элюат- натрия перренат, l88 Re с требуемой объемной активностью непосредственно в клиниках. Несмотря на более высокую энергию Р-частиц по сравнению с l86 Re, относительно короткий период полураспада l88 Re обеспечивает возможность снижения болевого синдрома при отсутствии поражения костного мозга. Такой эффект отмечается, на-

пример, при использовании препарата Re-HEDP взамен аналогичного 186 188 РФП на основе Re. Кроме того, при генераторном получении Re

появляется возможность для использования коммерчески доступных «реагентов», разработанных для диагностических РФП технеция-99т, например комплекса димеркаитоянгарной кислоты Re(V)-DMSA (отечественный аналог «Карбомек»). За рубежом и в России проводятся исследования по получению меченных рением микросфер альбумина.

Использование: в ядерной медицине для терапевтических целей, для научных исследований и технологического контроля. Сущность изобретения: разработан способ получения генератора рения-188 с высокой радионуклидной чистотой и объемной активностью целевого радионуклида. Мишень из оксида вольфрама облучают нейтронами и растворяют в щелочи. Нерастворенный осадок растворяют в перекиси водорода. Полученный раствор подщелачивают до pH 12-14. Проводят очистку щелочного раствора пропусканием через колонку с оксидом алюминия в OH - -форме и подкисляют раствором соляной кислоты. Затем вольфрам-188 переводят в матрицу, сорбцией на оксиде алюминия в H + -форме в динамическом режиме, либо в статистическом с переносом матрицы в колонку с фильтрующим слоем из оксида алюминия в H + -форме. Элюирование рения-188 проводят растворами натриевых солей. 3 табл.

Изобретение относится к области преобразования химических элементов и получению радиоактивных источников, а именно к способам выделения радионуклида рения-188 из облученной мишени вольфрама радиохимическим методом, и может быть использовано в ядерной медицине для терапевтических целей, для научных исследований и технологического контроля. Известны способы получения генератора рения-188, заключающиеся в том, что облучают мишень из оксида вольфрама или вольфрамовой кислоты нейтронами, растворяют мишень, переводят в сорбируемую форму и затем в нерастворимую матрицу путем сорбции на оксиде алюминия и элюируют рений-188 растворами минеральных кислот и их солей С помощью этих способов невозможно получить генератор рения-188 с высокой объемной активностью, радионуклидной и химической чистотой целевого радионуклида. Представлены невыгодные условия сорбции вольфрама и элюирования рения. Недостаточны либо отсутствуют данные о характеристиках элюата рения-188. Не разработаны режимы изготовления и эксплуатации генераторной колонки, позволяющие создать технологию получения генератора нения-188 и использовать генератор для медицинских целей. Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления генератора рения-188, заключающийся в том, что облучают мишень из вольфрама (оксида вольфрама) потоком нейтронов 310 14 н/см 2 с, растворяют оксид вольфрама в 2-10 М щелочи, нагретой до 50-90 o C, перевод в матрицу осуществляют взаимодействием щелочного раствора вольфрамита с кислым раствором, содержащим цирконил-ион, для образования осадка вольфрамита циркония, содержащего W-188, дополнительной обработкой этого осадка - доведением pH от 2,8 до 6, преимущественно 4,3, последовательной промывкой водой или физраствором, центрифугированием, декантацией водой, промывкой полярным органическим растворителем, смешивающимся с водой, затем органическим растворителем, смешивающимся с полярным органическим растворителем с низкой температурой кипения, сушкой осадка, причем однородность осадка достигается механической (шпателем) или ультразвуковой разбивкой стекловидного геля вольфрамита циркония, либо добавкой инертного носителя (оксида алюминия, кварца). Матрицу помещают в емкость для элюирования, а элюирование проводят из колонки растворами натриевых солей. Для очистки элюата рения-188 от примеси вольфрама-188 используется оксид алюминия или циркония в виде второй колонки либо слоя под матрицей, содержащей цирконилвольфрамат, через которую проходит элюент Известный способ является трудоемким. Он включает проведение большого числа операций, применение различных реактивов, органических растворителей, посуды, приборов (например, центрифуги), что осложняет процесс изготовления генератора рения-188 в серийном варианте в условиях высокой радиационной нагрузки. Невысок выход целевого продукта 55-65% Отсутствуют данные о радионуклидной чистоте рения-188 за исключением примеси W-188, необходимые для использования генератора рения-188 в терапевтических целях. Цель изобретения упрощение технологического процесса, позволяющего наладить промышленный выпуск генераторов рения-188 с обеспечением высокой объемной активности и радионуклидной чистоты целевого продукта. Поставленная задача достигается тем, что в способе получения генератора рения-188, включающем облучение мишеней из оксида вольфрама нейтронами, растворение мишени в щелочи, перевод в матрицу, содержащую W-188, помещение матрицы в емкость для элюирования и элюирование рения-188, нерастворенный в щелочи осадок оксидов низковалентных состояний вольфрама растворяют в перекиси водорода, подщелачивают до pH 12-14, объединенный щелочной раствор вольфрама подвергают очистке от радионуклидных примесей пропусканием через колонку с оксидом алюминия в OH - форме, подкисляют раствором соляной кислоты и переводят в матрицу, содержащую W-188, сорбцией на оксиде алюминия в H + -форме. Сорбцию проводят в динамическом режиме на колонке либо в статическом режиме с переносом матрицы в емкость для элюирования с фильтрующим слоем из оксида алюминия в H + -форме. Одним из основных условий получения генератора рения-188 высокой объемной активности и радионуклидной чистоты является получение радиоактивного сырья -материнского радионуклида вольфрама-188 оптимальной удельной и объемной активности и радионуклидной чистоты. Высокая удельная активность достигается использованием высоких потоков нейтронов для облучения мишеней, увеличением времени облучения, использованием мишеней из вольфрама, обогащенного по изотопу W-186. Однако, при этом наблюдается частичное восстановление вольфрама и образование оксидов низковалентных состояний вольфрама в виде нерастворимого в щелочи осадка, количество которого увеличивается при облучении в высоких потоках нейтронов и составляет 5-8% от общего количества W-188 при облучении в потоке (1-2)10 15 н/см 2 с в течение 30-40 эффективных суток и примерно 1% при облучении в потоке 10 14 н/см 2 с в течение 100 эффективных суток. Ввиду высокой стоимости радиоактивного сырья имеет смысл использовать W-188 из осадка в технологическом процессе изготовления генератора. Обработка нерастворенного в щелочи осадка раствором перекиси водорода после декантации или фильтрации щелочного раствора вольфрама при комнатной температуре позволили перевести его в раствор, а обработка щелочью до pH 12-14 позволила разрушить избыток перекиси водорода и объединить с основным щелочным раствором для участия в дальнейшем технологическом процессе. Очистка радиоактивных растворов вольфрама позволяет снизить возможность попадания в элюат рения-188 долгоживущих радионуклидных примесей, нарабатываемых в процессе длительного облучения мишенного материала из различных соединений вольфрама, содержащих малые и ультрамалые химические примеси (по паспорту <0,01%).

186 WO 3 с обогащением 99,79% в облученной мишени обнаруживается 110m Ag (0,2%), 137 Cs (0,17%), 65 Zn (0,06%), 95 Zr- 95 Nb (2,2%), 103 Ru- 103 Rh (1%), 106 Ru- 106 Rh (0,13%), 140 Ba- 140 La. В случае WO 3 "для оптического стекловарения" естественного состава большое количество 134 Cs. В случае наиболее чистого мишенного материала 186 WO 3 с обогащением 96% содержание радионуклидных примесей незначительно, однако вклад их в общую активность увеличивается по мере хранения радиоактивного сырья вследствие распада W-188, тем самым снижая срок годности радиоактивного сырья и генератора, что особенно существенно для генераторов медицинского назначения. При облучении в менее интенсивных потоках нейтронов-ное содержание радионуклидных примесей выше, чем при облучении в потоках 10 15 н/см 2 с. Часть радионуклидных примесей при элюировании попадает в раствор целевого радионуклида Re-188. основными радионуклидными примесями, обнаруженными в элюатах генераторов 188 W- 188 Re, приготовленных из различного радиоактивного сырья, являются 134,137 Cs, 110m Ag, 60 Co, 65 Zn, а также 140 Ba в свежезаряженных генераторах (Т 1/2 12,8 дн). -спектры элюатов рения-188 генераторов активностью 100 мКи приготовлены из неочищенного вольфрама-188. Пример радионуклидных примесей в нескольких элюатах, отобранных в течение месяца после изготовления генераторов 2 мес. после окончания облучения (1) и через 5-6 мес. после изготовления (2) -приведен в табл.1. Проведение очистки от радионуклидных примесей на оксиде алюминия в OH - -форме позволяет сорбировать основную их часть, практически не извлекая вольфрам-188, оптимальные условия разделения наблюдаются в случае использования в качестве сорбента Al 2 O 3 , обработанного непосредственно перед использованием 0,1-1 н NaOH, в качестве водной среды - растворы вольфрама pH 12-14 (табл.2). Обработка оксида алюминия 0,1-1 н NaOH и заправка очистительной колонки непосредственно перед проведением очистки позволяет максимально активировать сорбент и снизить количество растворенного алюминия в очищенном щелочном раствора вольфрама, что наблюдается при использовании необработанного сорбента. Проведение очистки W от радионуклидных примесей в динамических условиях обеспечивает количественное извлечение Cs, Co, Ag, Zn, Ba и распределение их в верхней части хроматографической колонки (табл.3), так как коэффициенты распределения на порядок выше, чем в статических условиях. Подкисление очищенного щелочного раствора вольфрама 1-2 н HCl при переводе в сорбируемую форму изополивольфраматы обеспечивает оптимальную концентрацию вольфрама (505) мг/мл и соответственно оптимальную объемную активность. Использование более концентрированных растворов HCI может привести к выпадению W в осадок, более разбавленных к снижению концентрации и объемной активности W-188. Доведение до pH 12-14 щелочного раствора, полученного при растворении нерастворенного в 2 н NaOH осадка оксидов низковалентных состояний вольфрама в перекиси водорода с последующим подщелачиванием, обеспечивает оптимальную очистку от Cs, Co, Ag, Zn, Ba и минимальную потерю вольфрама на очистительной колонке. Подкисление щелочных растворов вольфрама соляной кислотой и обработка сорбента соляной кислотой обеспечивают оптимальную сорбцию вольфрама в виде изополивольфраматов на оксиде алюминия в H + -форме. Наилучшая сорбция достигается при значении pH раствора вольфрама, равном 3-4, и при обработке оксида алюминия 0,1 н HCl. Сорбция вольфрама в динамических условиях обеспечивает серийный выпуск генераторов в условиях работы с высокой радиоактивностью и дистанционного управления технологическим процессом. Сорбция вольфрама в статических условиях с переносом сорбата в колонку с фильтрующим слоем в случае низкой удельной или объемной активности, т.е. большого весового или объемного количества вольфрама, позволяет получить генератор максимальной активности для данного радиоактивного сырья и при этом снизить вероятность попадания W-188 в элюат целевого радионуклида рения-188, продлить срок годности несвоевременно перерабатываемого радиоактивного сырья или изготовленного генератора. Пример 1. 1 г WO 3 (H 2 WO 4), обогащенного по изотопу W-186 (96-99,8%) или естественного состава, облучали в потоке (1-2)10 15 н/см 2 с в течение 28 сут. Образец после охлаждения в течение 20 сут вскрывали, переносили в колбу 1 на 50 мл (1), содержащую 8 (7,2) мл 2 н NaOH, нагревали на плитке при 200-300 o C в течение 10-20 мин, остужали. Оксид алюминия (2 г) обрабатывали в стакане на 50 мл 0,1-1 н NaOH при нагревании на плитке в течение 5-10 мин, переносили в колонку размером h 10 см, =0,8 см. Щелочной раствор, осторожно отделяя от нерастворенного осадка, пропускали через колонку с Al 2 O 3 в OH - -форме, промывали осадок в колбе и колонку 2-4 мл 1 н NaOH, собирали элюат в колбе на 50 мл. Нерастворимый в щелочи осадок в колбе 1 растворяли в 2 мл 15-20% H 2 O 2 , подщелачивали 2 мл 2 н NaOH до pH 12-14, пропускали щелочной раствор через ту же колонку с Al 2 O 3 в OH - -форме. Объединенный щелочной раствор подкисляли 1 н HCl (12 мл) до pH 3-5, переносили в цилиндр, измеряли объем, отбирали аликвоту для измерения объемной активности, радионуклидных примесей, рассчитывали удельную активность и концентрацию вольфрама. С помощью дозатора готовили флаконы с радиоактивным раствором, обеспечивающим зарядку генератора заданной активности из расчета A 188 w: A 188 Re = 1,3. Готовили серию колонок высотой 7-10 см, 0,8-1,2 см с содержанием Al 2 O 3 1-5 г, предварительно обработанным 0,1 н HCl при нагревании 5-10 мин. Колонки и флаконы с радиоактивным раствором стерилизовали в автоклаве в течение 15 мин при 120 o C и давлении 1,1 атм. Колонки помещали в защитный контейнер с внутренними коммуникациями (типа ГТ-2). зарядку генераторной колонки проводили с помощью вакуумированных флаконов или системы разрежения со скоростью 8-20 мл/мин. Промывали генератора 0,9% NaCl pH 3-4 (30 мл) через 18 ч после зарядки и элюировали Re-188 в виде Na 188 ReO 4 тем же раствором с помощью вакуумированных флаконов объемами по 10 мл. Отбирали и исследовали элюаты Re-188 периодически в течение срока годности генератора полугода, года. Определяли объемную активность, радиохимический выход, радиохимическую чистоту (РХЧ), pH, состав химических и радионуклидных примесей и другие характеристики элюата. Объемная активность составляла 0,1-10 мКи/мл, радиохимический выход 755% в объеме 10 мл, РХЧ 99,9% pH 5,51, содержание неактивных примесей Al, Fe, Cu менее 5 мкг/мл, радионуклидных примесей 134 Cs, 137 Cs, 60 Co, 65 Zn, 110m Ag, 140 Ba менее 10 -6 188 W менее 10 -3 Характеристики элюата удовлетворяют медико-техническим требованиям. Пример 2. Поясняет второй вариант зарядки генератора с наружными коммуникациями. Облучение, растворение образцов, очистку от радионуклидных примесей, перевод в сорбируемую форму проводили как в примере 1. Готовили колонки размером h 10 см, o 1,2 см с содержанием Al 2 O 3 в H + -форме 3-6 г, завальцовывали. Рассчитанный объем радиоактивного раствора 2-10 мл вносили в колонки с помощью дозатора с иглой либо флаконов и системы разрежения. Колонки помещали в защитный контейнер с наружными коммуникациями типа КСУ-2 НРЖ, промывали через 6-18 ч 30-60 мл 0,9% NaCl pH 3-4 и затем элюировали Re-188 растворами натриевых солей периодически в течение года. Характеристики элюата существенно не отличались от характеристик элюатов генераторов, приведенных в примере 1, активностью 1-100 мКи. Пример 3. Поясняет вариант зарядки генераторов с наружными коммуникациями в статическом режиме в случае растворов вольфрама низкой объемной активности. Облучение мишеней из вольфрама проводили в потоках 10 14 н/см 2 с в течение 100-120 сут эффективного времени. Переработку и очистку щелочных растворов от радионуклидных примесей, перевод в сорбируемую форму проводили как в примерах 1, 2. Сорбцию проводили из больших объемов растворов вольфрама низкой удельной и объемной активности (10 мл) в статическом режиме в колбах на 50 мл, содержащих 2-5 г Al 2 O 3 в H + -форме в течение 2 ч при перемешивании. Готовили колонки с 1-2 г Al 2 O 3 в H + -форме в качестве фильтрующего слоя, сорбат из колбы переносили на воронку с бумажным фильтром, промывали 0,9% NaCl pH 3-4 (50-60 мл), переносили в колонку протыканием фильтра стеклянной палочкой, обмывая 5 мл 0,9% NaCl pH 3-4. Колонку завальцовывали, стерилизовали в автоклаве в течение 15 мин при 120 o C и давлении 1,1 атм, помещали в защитный контейнер типа КСУ-2 НРЖ. Содержание W в генераторах до 500 мг. Характеристики элюата за исключением объемной активности Re-188 аналогичны характеристикам элюатов генераторов высокой удельной активности. Содержание радионуклидных примесей не превышало 10 -6 Таким образом, сочетание предлагаемых существенных отличий: растворение нерастворенного в щелочи осадка вольфрама в перекиси водорода и подщелачивание его до pH 12-14, проведение очистки щелочного раствора от радионуклидных примесей пропусканием через колонку со специально обработанным оксидом алюминия, перевод в сорбируемую форму и в матрицу сорбцией на оксиде алюминия в H + -форме в динамическом и статическом режимах с известными признаками является необходимым и достаточным для решения поставленной задачи: упрощения технологического процесса, позволяющего наладить промышленный выпуск генераторов рения-188 с обеспечением высокой объемной активности и радионуклидной чистоты целевого продукта.

Это второе мероприятие из серии семинаров, организованных АО "ГНЦ РФ - ФЭИ" и посвящённых наиболее перспективным для ядерной медицины радиоактивным изотопам.

Цель таких семинаров, участниками которых являются не только исследователи и производители медицинских изделий и препаратов, но и их потребители - практикующие врачи в области ядерной медицины, показать насколько перспективен рассматриваемый изотоп и насколько будут востребованы в клинической практике препараты на его основе.

В данном семинаре приняли участие ведущие специалисты в данной области - производители сырья, разработчики и изготовители медицинских изделий, разработчики радиофармпрепаратов и практикующие врачи-радиологи из ведущих учреждений России:

ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России,
ФГУП "ФЦ ПРОЯМ" ФМБА России,
АО "ГНЦ НИИАР",
АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова",
АО "Наука и инновации",
АО "В/О "Изотоп",
ФГУП "ПО "Маяк",
ФГБУ "ВНИИИМТ" Росздравнадзора,
МРНЦ имени А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ "НМИЦ" МЗ РФ,
ИАТЭ НИЯУ МИФИ,
ФГБУ НМИЦ онкологии имени Н.Н.Блохина Минздрава России.

Целью семинара было: рассмотрение радиофармацевтических лекарственных препаратов (РФЛП) с рением-188, состояние их регистрации и разработка новых РФЛП для радионуклидной терапии (РНТ) различных заболеваний.

На семинаре обсуждались вопросы производства материнского изотопа вольфрам-188 и генераторов рения-188 на его основе, разработка холодных наборов для синтеза РФЛП, состояние дел с доклиническими испытаниями, фармацевтическая разработка новых РФЛП на основе рения-188 и возможности их клинического применения, результаты маркетинговых исследований отечественного рынка по генератору рения-188.

Все сообщения вызвали большой интерес слушателей.

Отмечено, что ядерная медицина сегодня является стратегическим направлением здравоохранения, это область государственного интереса и государственных приоритетов, её развитие позволит радикально улучшить качество медицинской помощи огромному количеству больных, нуждающихся в терапии онкологических и других заболеваний.

Существенное место в этом отводится препаратам с рением-188, разработкой которых в настоящий момент активно занимаются во всем мире.

В России разработаны и проведены клинические испытания РФЛП для радионуклидной терапии метастатических поражений скелета:

Золерен, 188 Re, предназначен для паллиативной терапии костных метастазов, лечения ревматоидного артрита и других неонкологических заболеваний суставов;
Фосфорен, 188 Re, предназначен для паллиативной терапии костных поражений скелета.

Ведутся клинические испытания отечественных РФЛП на основе рения-188:

Синорен, 188 Re - РФЛП на основе суспензии диоксида олова для радионуклидной терапии ревматических заболеваний; результаты изучения терапевтического действия РФП "Синорен, 188 Re" у животных с острым асептическим синовитом наглядно демонстрируют увеличение доли опорной функции поражённой конечности у животных;
Гепарен, 188 Re - РФЛП на основе микросфер альбумина размером 5-10 мкм с рением-188 для лечения резистентных синовитов.

Новые области применения найдут препараты на основе рения-188 при метастазах солидных опухолей, при раке кожи и келоидах, лечении медуллярного рака щитовидной железы, молочной железы, предстательной железы, лечении больных с множественными костными метастазами.

В конце семинара было проведено обсуждение прослушанных докладов за круглым столом, где отмечено, что ещё в СССР начались работы с рением-188 и только в настоящее время российские специалисты разработали ряд радиофармпрепаратов на его основе и провели клинические испытания.

На очереди ещё ряд востребованных препаратов в разработке.

В целом участниками было отмечено, что разработка и испытания РФЛП находится на достойном уровне, но необходимо отдельно отметить слабую синергию с непосредственными пользователями (врачами) существующих наработок, что, конечно, требует более активного подключения министерства здравоохранения РФ.

В частности, необходимо информировать и обучать врачей-радиологов работе с генераторами рения и радиофармпрепаратами на его основе.

Отсутствие обученного медицинского персонала для синтеза РФЛП в медицинских учреждениях и недостаточная осведомлённость врачей-радиологов о возможностях РФЛП на основе рения-188 создаёт проблемы в продвижении их использования.

Для этого можно воспользоваться ресурсами торгового дома АО "В/О "Изотоп" и Минздрава России.

Участники семинара отметили, что РФЛП на основе рения-188 обязаны занять достойное место в радионуклидной терапии, а генератор рения-188 может получить такое же широкое распространение в терапии различных онкологических и неонкологических заболеваний, как в своё время получил генератор технеция-99m в диагностике.

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде.

Способ включает реакторное облучение нейтронами матрицы из оксида вольфрама, ее термическую обработку в среде кислорода до выхода в газовую фазу и конденсации целевого изотопа, извлекаемого затем посредством реагента. Матрицу из оксида вольфрама формируют в виде полого цилиндра, толщина стенки которого составляет не более 3 мм. Устройство содержит контейнер, выполненный в виде двух соосных цилиндров, между стенками которых расположена полость для размещения облучаемого оксида вольфрама, закрытая с одной стороны, и сублимационный аппарат, включающий конденсор и нагреваемую часть с патрубком для подачи кислорода, над которым установлена мембрана. В верхней части соосных цилиндров расположена сквозная трубка для прохождения среды облучения.

Технический результат заключается в повышении удельной активности материнского изотопа вольфрам-188, удельной активности дочернего рений-188 путем повышения его химического выхода и количественного осаждения на ограниченной поверхности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2476942

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов медицинского и научного назначения без носителя в радиохимически чистом виде, а также для создания радиоизотопных генераторов.

Известны способы получения радиоактивного изотопа рений-188 из облученного нейтронами оксида вольфрама (WO 3) или порошка металлического вольфрама с последующим разделением материнского вольфрам-188 и дочернего целевого рений-188.

В большинстве вариантов разделения используют либо экстракционные, либо сорбционные методы [Зыков М.П., Романовский В.Н., Филяшин А.Т. и др. «Экстракционный генератор рения-188» / Труды Радиевого института им.В.Г.Хлопина, т.XII, 2007, с.86-95; Патент RU № 2091878, публ. 27.09.1997; Патент US № 7329400, публ. 12.02.2008]. Общим недостатком всех этих способов является необходимость проведения длительных и сложных процедур растворения облученных нейтронами образцов вольфрама или его оксида, что приводит к увеличению объемов радиоактивных отходов, загрязнению нежелательными примесями, привнесенными с использованными реагентами, а также повышению себестоимости целевого изотопа за счет применения реагентов. При этом для экстракционных генераторов, использующих органические реагенты, характерно образование продуктов радиолиза, при возможном образовании третьей фазы за счет радиационной полимеризации. В целом это приводит к снижению фактора разделения генераторной пары. Недостатком является и необходимость размещения экстракционных генераторов с блоком растворения в боксах с мощной биологической защитой значительных объемов со сложной системой транспортных и управляющих коммуникаций для подачи реагентов для растворения и экстракции, полученных радиоактивных растворов в экстракторы и отбора рений-содержащих фракций.

Другим известным способом разделения генераторной пары вольфрам-188/рений-188 и получения радиофармацевтического рения-188 без носителя, является термосублимационный метод, основанный на летучести высшего оксида рения (VII) - Re 2 O 7 .

Известен способ получения радионуклида рений-188, включающего наработку материнского вольфрам-188 в процессе облучения нейтронами мишени из металлического вольфрама, обогащенного по вольфрам-186 с последующим термохроматографическим выделением рений-188. В данном способе, с целью обеспечения высокой удельной активности целевого радионуклида, используют мишень, обогащенную до 97% по вольфраму-186, что, несмотря на повышение в 3,4 раза выхода целевого рений-188, в десятки раз повышает его себестоимость. При этом каждый раз перед проведением процедуры выделения рения-188 требуется проведение процесса восстановления водородом исходной вольфрамовой мишени до металла .

Известно устройство, которое было использовано для сублимационного выделения таллия-199 из облученных альфа-частицами золотых мишеней , содержащее нагреваемую кварцевую печь, на дно печи помещают мишень облученной стороной вверх, а над ней устанавливают охлаждаемый водой конденсатор, выполненный из стекла в виде цилиндра. Полученный на стенках конденсатора конденсат таллия смывают физиологическим раствором хлорида натрия. Такая конструкция сублимационного аппарата не подходит для выделения целевого изотопа из мишеней, где радионуклид распределен в массе мишени, а не в поверхностном слое, как в известном способе.

Известен способ получения рений-188 [Патент RU № 2102809 «Способ получения радионуклида без носителя», публ. 20.01.1998], выбранный в качестве прототипа, включающий реакторное облучение оксидно-вольфрамовой матрицы нейтронами, ее термическую обработку при температуре полиморфного превращения в течение времени, достаточного для выхода целевого изотопа в газовую фазу, его конденсации и извлечение посредством реагента. В этом способе также используется обогащенная вольфрамом-186 мишень, но восстановитель добавлен непосредственно к материалу мишени. Это делает весьма проблематичным ее повторное использование (облучение, особенно весьма дорогостоящих мишеней из обогащенного вольфрама), поскольку необходимо полное отделение вещества-восстановителя от активируемой матрицы, а при сжигании возможно образование карбидов и загрязнение вольфрама примесями, находящимися в восстановителе, с последующей их активацией. При этом несомненным является тот факт, что происходит частичное восстановление возгоняемого Re 2 O 7 до нелетучих низших окислов снижающего степень выделения рений-188 из мишени.

Устройство для проведения процесса выделения дочернего радиоизотопа [Патент RU № 2102809, публ. 20.01.1998], взятое за прототип, содержит контейнер для размещения облучаемого оксида вольфрама, выполненный в виде ампулы, и сублимационный аппарат, выполненный в виде ампулы из кварцевого стекла, открытой с одного конца, другой конец запаян. Запаянным концом ампулу вставляют в трубчатую печь примерно до половины длины. После термической обработки и выхода в газовую фазу радиоактивных атомов они могут быть собраны с помощью холодного предмета - конденсора. Возгоняемый рений-188 в химической форме Re 2 O 7 будет осаждаться на внутренних стенках в части ампулы, имеющей более низкую температуру не компактно, а довольно широким фронтом, так как упругость паров Re 2 O 7 изменяется от 3 мм рт.ст. при 230°С до 711 мм рт.ст. при 360°С [Л.В.Борисова, A.M.Ермаков. Аналитическая химия рения. М.: Наука, 1974, с.20]. При этом весьма затруднителен смыв целевого нуклида требуемым количеством физиологического раствора и невозможность получения радиофармацевтического препарата, свободного от материнского изотопа вольфрам-188, поскольку сублимат и материнский изотоп находятся в одной ампуле.

С другой стороны в прототипе совершенно не учитывается другой важный фактор, непосредственно влияющий на радиоактивность выделяемого целевого нуклида, а именно - эффект самоэкранирования, который характеризует уменьшение плотности потока нейтронов в облучаемой мишени по мере проникновения активирующих нейтронов от поверхности в ее глубину. Расчеты показывают, что на глубине 1 см от поверхности мишени поток активирующих нейтронов практически равен нулю как по тепловой, и тем более по резонансной составляющей нейтронного спектра. В целом это приводит к значительному снижению эффективного сечения активации и, как следствие, активности материнского вольфрам-188.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих повышение радиационного и химического выхода рения-188 из облученных вольфрамовых матриц.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения радионуклида рений-188 без носителя, включающем, как и прототип, реакторное облучение вольфрамсодержащей матрицы нейтронами, ее термическую обработку при температуре полиморфного превращения в течение времени, достаточного для выхода в газовую фазу и конденсации целевого изотопа, извлекаемого затем посредством реагента, в отличие от прототипа матрицу из оксида вольфрама формируют в виде полого цилиндра, толщина стенки которого составляет не более 3 мм, а термическую обработку проводят в среде кислорода.

Технический результат достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем, как и прототип, контейнер для размещения облучаемого оксида вольфрама и сублимационный аппарат, включающий нагреваемую часть и конденсор, в отличие от прототипа контейнер выполнен в виде двух соосных цилиндров, между стенками которых расположена полость для размещения облучаемого оксида вольфрама, закрытая с одной стороны, при этом расстояние между стенками цилиндров не превышает 3 мм, а в нагреваемой части сублимационного аппарата расположен патрубок для подачи кислорода, над которым размещена мембрана.

Целесообразно, чтобы в верхней части соосных цилиндров была расположена сквозная трубка для прохождения среды облучения.

В предлагаемом способе термосублимационного выделения рения-188, включающем облучение оксида вольфрама природного изотопного состава нейтронами, размещение облученной мишени в устройстве для термической обработки, ее нагревание при температуре изомерного перехода (720-730°С) в атмосфере кислорода. Кислородная среда необходима для доокисления рения и повышения химического выхода возгоняемой формы, так как в материнской матрице вольфрам находится в степени окисления +6, а рений возгоняется в степени окисления +7 (Re 2 O 7).

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 приведена конструкция контейнера для размещения облучаемого оксида вольфрама, на фиг.2 - сублимационный аппарат.

Контейнер для размещения облучаемого оксида вольфрама (фиг.1) состоит из двух соосных цилиндров 1, 2, выполненных из кварцевых трубок разного диаметра и высоты. При этом внешний диаметр внутреннего цилиндра 1 должен быть как максимум на 3 мм меньше внутреннего диаметра внешнего цилиндра 2. Верхняя часть внутреннего цилиндра 1 герметично запаяна, в нижней части контейнера герметично устанавливается кварцевое кольцо 3, которое припаивается к внешнему и внутреннему цилиндрам 2, 1. В верхней части внутреннего цилиндра 1 расположен герметичный патрубок 4, соединяющий внутреннюю полость внутреннего цилиндра с внешней поверхностью внешнего цилиндра 2. Данный патрубок 4 необходим для прохождения среды облучения. Через открытую верхнюю часть ампулы проводят заполнение оксидом вольфрама полости между внутренней стенкой внешнего кварцевого цилиндра 2 и внешней стенкой внутреннего цилиндра 1. После заполнения верхняя часть внешнего цилиндра 2 контейнера герметично запаивается. Заполненный и запаянный контейнер помещается в экспериментальный канал реактора для облучения.

Сублимационный аппарат (фиг.2) состоит из внешнего кварцевого стакана 5, съемного охлаждаемого конденсора 6, выполненного из кварца и пористой кварцевой мембраны 7, которая герметично припаяна к внутренним стенкам в нижней части кварцевого стакана 5. В нижней части стакана 5 под мембраной 7 расположен патрубок 8 для подачи кислорода. Мембрана 7 обеспечивает равномерную подачу кислорода по объему облученного материала.

Предлагаемый способ получения целевого радионуклида с более высокой удельной активностью заключается в следующем. Образец из оксида вольфрама помещают в кварцевый контейнер (фиг.1), в котором облучаемый материал формируется в виде полого цилиндра. Это позволяет значительно снизить, как показывают расчеты и данные экспериментов, влияние эффекта самоэкранирования нейтронного потока (эффект поглощения тепловых и резонансных нейтронов веществом облучаемого объекта особенно с большим, более 1 барн, сечением поглощения) и получить более высокие значения удельных активностей при одинаковом интегральном потоке нейтронов и массе образца.

После вскрытия контейнера с облученным оксидом вольфрама его содержимое переносят внутрь кварцевого стакана 5, установленного в нагревательном устройстве, и равномерно распределяют по поверхности мембраны 7. Затем в стакан 5 помещают конденсор 6 на расстоянии 10-12 мм над поверхностью облученного WO 3 и фиксируют. Затем включают нагреватель и начинают процесс термосублимации, во время которого поступающий поток кислорода обеспечивает доокисление рения-188 до возгоняемой химической формы Re 2 O 7 . После проведения процесса отключают нагревательное устройство, вынимают конденсор 6 и смывают рений-188 0,9% водным раствором хлорида натрия, аликвотную часть которого берут для измерения удельной активности.

Предлагаемый способ выделения радиоизотопа, основанный на термическом воздействии на облученную матрицу из оксида вольфрама и на явлении термической сублимации образующегося в процессе радиоактивного распада вольфрама-188, дочернего изотопа рений-188, в виде высшего оксида, не предусматривает сложных и длительных многостадийных физико-химических процедур растворения облученной матрицы и операции с радиоактивными растворами. При этом практически полностью отсутствуют радиоактивные отходы и выбросы радионуклида в атмосферу.

Использование предложенного устройства обеспечивает компактное осаждение целевого радионуклида на ограниченной поверхности и, следовательно, его более высокой удельной активности.

Преимуществом заявляемой группы изобретений является и то, что в сравнении с прототипом используется дешевый исходный материал в виде оксида вольфрама, содержащего только природную смесь изотопов, а более высокая удельная активность получаемого материнского изотопа обеспечивается конструкцией ампулы для облучения, формирующей необходимую конфигурацию мишеней из оксида вольфрама и обеспечивающей снижение влияния эффекта самопоглощения нейтронов.

Сущность предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Облученный, в обычной кварцевой ампуле, потоком нейтронов оксид вольфрама, массой 25 г, природного изотопного состава помещали в устройство для термосублимационного выделения рения-188 и отгоняли целевой изотоп, без продувки кислородом, в течение одного часа при температуре полиморфного перехода около 730-735°С. Конденсор вынимали из устройства и смывали рений-188 0,9% раствором хлорида натрия. В результате проведения процесса было выделено около 75% атомов рений-188 от исходного равновесного количества, накопленного в мишени. При этом остаточная активность рения-188 на конденсоре составила менее 0,5%.

Пример 2. Облученный в контейнере, позволяющем сформировать облучаемый материал в виде полого цилиндра с толщиной слоя 5 мм, тем же потоком нейтронов и массой 25 г оксид вольфрама природного изотопного состава помещали в устройство для термосублимационного выделения рения-188 и отгоняли целевой изотоп в течение того же времени и при условиях, что и в примере 1. Смыв рения-188 с конденсора осуществляли тем же объемом 0,9% раствора хлорида натрия. Полученная удельная активность на 18% превышала соответствующее значение, полученное в предыдущем примере, при том же химическом и радионуклидном выходе.

Пример 3. Облученный в разработанной специальном контейнере тем же потоком нейтронов и массой 25 г оксид вольфрама природного изотопного состава, сформированный в виде полого цилиндра с толщиной слоя облучаемого материала 3 мм, помещали в устройство для термосублимационного выделения рения-188 и отгоняли целевой изотоп в течение того же времени и условиях, что и в примере 1. Смыв рения-188 с конденсора осуществляли тем же объемом 0,9% раствора хлорида натрия. Полученная удельная активность на 36% превышала соответствующее значение, полученное в предыдущем примере, при том же химическом и радионуклидном выходе.

Пример 4. Облученный в контейнере, изготовленном по заявляемой конструкции, теми же потоком нейтронов и массой 25 г оксид вольфрама природного изотопного состава помещали в устройство для термосублимационного выделения рения и отгоняли целевой изотоп в атмосфере кислорода при температуре около 735°С в течение времени, что и в примере 1. Конденсор вынимали и смывали целевой рений-188 двумя миллилитрами 0,9% раствора хлорида натрия. В результате проведения процесса было выделено около 90% атомов рений-188 от исходного равновесного количества, накопленного в мишени, т.е. повысился радиохимический выход целевого изотопа на величину около 15%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить радиационный выход (т.е. активность) материнского изотопа вольфрам-188 за счет облучения вольфрамовой мишени, сформированной в виде полого цилиндра толщиной не более 3 мм, а за счет продувки кислорода во время процесса термической обработки повысить эффективность выделения рения-188 из облученных вольфрамовых матриц.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения радионуклида рений-188 без носителя, включающий реакторное облучение матрицы из оксида вольфрама нейтронами, ее термическую обработку при температуре полиморфного превращения в течение времени, достаточного для выхода в газовую фазу и конденсации целевого радионуклида, извлекаемого затем посредством реагента, отличающийся тем, что матрицу из оксида вольфрама формируют в виде полого цилиндра, толщина стенки которого составляет не более 3 мм, а термическую обработку проводят в среде кислорода.

2. Устройство для получения радионуклида рений-188 без носителя способом по п.1, содержащее контейнер для размещения облучаемого оксида вольфрама и сублимационный аппарат, включающий нагреваемую часть и конденсор, отличающееся тем, что контейнер выполнен в виде двух соосных цилиндров, между стенками которых расположена полость для размещения облучаемого оксида вольфрама, закрытая с одной стороны, при этом расстояние между стенками цилиндров не превышает 3 мм, а в нагреваемой части сублимационного аппарата расположен патрубок для подачи кислорода, над которым установлена мембрана.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в верхней части соосных цилиндров расположена сквозная трубка для прохождения среды облучения.