Abdullah AYDIN_UPHC2013

99Mo
225Ac
ve
İçin Proton
Hızlandırıcısına Dayalı Farklı
Üretim Yöntemlerinin
İncelenmesi
Abdullah AYDIN
Abdullah KAPLAN
Ulusal Proton Hızlandırıcıları Çalıştayı
18-19 Nisan 2013
TAEK-Proton Hızlandırıcısı Tesisi
TAEK Sarayköy Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi
Ankara
NÜKLEER TIPTA KULLANILAN RADYOİZOTOPLAR
• Günümüzde nükleer tıpta en yaygın biçimde kullanılan ve
kullanılmaya devam edilecek bazı radyoizotoplar tabloda
görülmektedir.
• Radyoizotoplar, siklotron, reaktör, nötron jeneratörü ve lineer
hızlandırıcılarda üretilmektedir.
Source: Verbeek, P., “Report on Molybdenum 99 Production for Nuclear Medicine 2010-2020 State of the Art”, AIPES, November 2008
99Mo/99mTc
jeneratörü
99mTc
radyoizotopu, çeşitli
moleküllere (fosfonat, tetrafosmin,
vb) kolayca bağlanabildiği için bir
radyofarmasötik olarak
kullanılabilmektedir.
• Molibden-99 / Teknesyum-99m
jeneratörü, 1957 yılında
Brookhaven Labotauarlarında
geliştirilmiştir.
• 1960’ların ortalarından beri
taşınabilirliği, kullanım kolaylığı ve
güvenirliği kanıtlanmış bir biçimde
günümüze kadar kullanılagelmiştir.
•
A technetium generator
99Mo/99mTc
•
99Mo
67 saatlik bir yarı
ömür ile 99mTc’e bozunur.
• 99mTc radyoizotopu,
6 saatlik yarı ömrü ve 140
keV’lik gama ışıması ile
tıbbi görüntüleme
işlemleri için oldukça
uygundur.
jeneratörü
99Mo/99mTc
jeneratörü
• Günümüzde, nükleer tıptaki görüntüleme işlemlerinin
%80’ninde 99mTc izomeri kullanılmaktadır.
• 6 – 7 milyon hasta Avrupa’da,
• 12 –15 milyon hasta kuzey Amerika’da,
• 6 – 8 milyon hasta Asya / Pasifik (özellikle Japonya)’de
• 0.5 milyon hasta dünyanın geri kalan kısmında olmak
üzere;
• dünya çapında yılda 30 milyondan fazla hasta 99mTc ile
etiketlenmiş bileşiklerle taramaya tabi tutulmaktadır.
• Ayrıca bu rakamın da her yıl %15 oranında artacağı
tahmin edilmektedir[TECH. REP. SER. No. 466,
IAEA,2008].
• Dünyadaki en önemli izotop üreticisi olan iki reaktör;
– Kanada’daki NRU reaktörü ve
– Hollanda’da bulunan HFR reaktörü 2010 yılında bakıma alınmıştır.
• Bu reaktörlerin bakıma alınması sürecinde 99Mo üretiminde
de önemli sıkıntılar yaşanmıştır.
99Mo üretimi yapan önemli reaktörler
• Ayrıca izotop üretiminde kullanılan,
–
–
–
–
–
NRU Kanada,
HFR Hollanda,
BR2 Belçika,
OSIRIS Fransa,
SAFARI Güney Afrika
reaktörleri yaklaşık 50 yıllık reaktörlerdir ve çok kısa ömürleri
kalmıştır.
• Bahsedilen bu sebeplerden dolayı son yıllarda,
99Mo/99mTc jeneratör temininde baş gösteren
sıkıntılar, tıbbi, ekonomik ve siyasi bir konu
haline gelmiştir.
Report on Molybdenum-99 Production for Nuclear Medicine – 2010 – 2020
(November 2008)
• Bu sebeple, Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma
Örgütü’ne ait Nükleer Enerji Ajansı 99Motedarik zinciri ekonomisiyle ilgili çalışmalar
yapmakta ve 99Mo ve 99mTc için mevcut ve
muhtemel üretim teknolojilerini gözden
geçirmektedir.
• 99Mo/99mTc jeneratör arzında zaman zaman
ortaya çıkan küresel kriz, 99Mo için reaktör
tabanlı olmayan ve hızlandırıcıya dayalı
alternatif
üretim
yöntemlerinin
geliştirilmesine yönelik birçok araştırmanın
yapılmasını tetiklemiştir.
Mevcut teknoloji: Reaktörde üretim
Günümüzde üretilen
99Mo izotopunun
tamamı araştırma
reaktörlerinden elde
edilir.
Alternatif 1: 98Mo(n,g)99Mo reaktörde üretim
• Bu yöntem, molibden hedeflerin reaktörde
nötronla ışınlanmasına dayanır.
• 98Mo(n,g)99Mo
• Bu yöntemdeki kimyasal ayırma süreçleri
235U(n,f)99Mo reaksiyonuna göre nispeten
daha basittir.
• Buradaki ana problem, 99Mo’nin nötron
yakalama tesir kesitinin diğerine göre oldukça
düşük olmasıdır.
Alternatif 2: Hızlandırıcılarda üretim
• Hızlandırıcıların önemli bir avantajı, reaktörlere göre
çok daha düşük seviyede atık üretmesidir.
• Reaktörlere göre önemli dezavantajı ise, 99Mo
üretim tesir kesitinin 250 kat daha düşük olmasıdır.
• 99Mo izotopunun hızlandırıcıda üretimi ile ilgili önemli
yayınlar mecvut;
– Kirk Bertsche, “ACCELERATOR PRODUCTION OPTIONS FOR
99MO”
• Steven C. van der Marck, “The options for the future
production of the medical isotope 99Mo”
• S. M. Qaim, “Nuclear data relevant to the production and
application of diagnostic radionuclides”
• K. Abbas, et al. “Feasibility of 99Mo production by protoninduced fission of 232Th”, Nucl. Inst. Met. Phy. Res. B 278
(2012) 20–25.
• Bu çalışmada, 99Mo üretimi için alternatif bir yol olarak
232Th(p,f)99Mo reaksiyonu inceleniyor.
99Mo
•
99Mo
için ÖZET ve ÖNERİLER
için mevcut üretim teknolojisi, yüksek ve düşük
seviyede zenginleştirilmiş 235U(n,f)99Mo reaksiyonuna
dayanmaktadır. Bu reaksiyonun tesir kesiti yaklaşık 36
barn’dır.
• Dünyadaki 99Mo ihtiyacını karşılayan reaktörlerin
neredeyse tamamı 40 yılın üzerindeler ve ömürlerini
doldurmak üzereler.
• Mevcut üretim teknolojisine alternatif olabilecek
bütün teknikler için 99Mo üretim tesir kesitleri yaklaşık
olarak 250 kat daha düşük 99Mo
için ÖZET ve ÖNERİLER
• Hızlandırıcılardaki 99Mo üretim oranı reaktörlerdekine
göre oldukça düşük. Bu da ihtiyacı karşılamaktan uzak
görünüyor.
• 99mTc izomerinin doğrudan üretimi de mümkün ancak
elde edilen düşük aktivite ve 6 saatlik kısa yarı-ömür
gibi nedenlerden dolayı güçlü bir alternatif olarak
gözükmüyor.
• Sunum içeriğinde bahsedilmeyen sıvı reaktörler ümit
vaad ediyor, fakat gerekli teknoloji çalışmaları henüz
tamamlanmadı.
99Mo
için ÖZET ve ÖNERİLER
• Literatüre ve IAEA raporlarına baktığımızda reaktörde
üretim teknolojisi yakın gelecekte de yerini koruyacak
gibi görünüyor.
• Bu amaçla eskilerinin yerine yeni araştırma
reaktörlerinin devreye alınması konusunda yaygın
görüş birliği var.
99Mo
için ÖZET ve ÖNERİLER
• TURKPRO bu olayın neresinde?
• Daha önceki toplantılarımızda ve ISAC raporlarında da
belirtildiği üzere, THM PH tesisi ancak 30 MeV proton
enerjisinin üzerindeki radyoizotop üretimine ilgi
duyabilir.
• 232Th(p,f)99Mo konusu çok yeni gözüküyor. Bu konu ilgi
alanına alınabilir. Çünkü 30 MeV proton enerjisinin
üzerine çıkılıyor[K.Abbas].
Alfa parçaçık terapisi
• Hedeflenmiş alfa tedavisi (Targeted alpha therapy (TAT))
önemli bir kanser tedavi yöntemidir. Bu yöntemde, seçilen
kanserli hücreler alfa parçacık radyasyonuyla yok edilirler
(Apostolidis et al., 2001).
• Bu yöntem, alfa yayınlayıcı radyonüklidlerin kanserli hücreleri
seçebilecek monoklonal antikorlar veya peptitler gibi taşıyıcı
moleküllere bağlanması ve bu yolla kanserli hücreleri yok
etme esasına dayanır.
• Alfa parçacıklarının insan dokusunda beta ve gama ışınlarına
göre, çok daha kısa mesafe almalarından (<100 µm) dolayı, bu
yöntem sağlıklı dokulara en az zararı vererek , gerekli
radyasyonu hedeflenmiş kanser hücrelerine aktarma
potansiyeline sahiptir.
• Buna ek olarak, seçilen
radyoizotopların yarı
ömürleri kısa olduğundan
( 213Bi – 46 dakika)
tedaviden sonra vücuttaki
radyasyon miktarı da
sınırlanmış olur.
• Alfa ve beta parçacıkları
arasındaki büyük kütle
farkından dolayı farklı
biyolojik etkiler ortaya
çıkar.
225Ac/213Bi
jeneratörü
• Hedeflenmiş alfa terapisi için kullanılan alfa yayıcı nüklidlerin
sayısı sınırlı olmakla birlikte Ac-225 / Bi-213 jeneratörünün
kullanılması yaygınlaşmaktadır.
• Ancak şimdiye kadar, Ac-225’in sağlanması konusundaki
sıkıntılar Bi-213’un radyoterapide yaygın bir şekilde
kullanımını sınırlayan ana etken olmuştur.
• Halen Ac-225, Th-229’dan radyokimyasal ayırma yöntemleri ile
yılda yaklaşık 1 Ci olacak şekilde sınırlı miktarlarda elde
edilebilmektedir (Apostolidis et al., 2001; Boll et al., 2003).
225Ac/213Bi
jeneratörü
• Th-229’dan radyokimyasal ayırma yöntemleri
ile Ac-225 üretimi yapan ana merkezler:
• Oak Ridge National Laboratory, United States
• Institute for Transuranium Elements (ITU),
Germany
• Obninsk, Russia
225Ac/213Bi
jeneratörü
• Diğer taraftan, geniş ölçekli klinik çalışmalar sebebiyle artan
radyoizotop talebini karşılamak ve hasta tedavisi amacıyla, Ac-225
üretimi için alternatif yollar denenmektedir.
• Özellikle Ra-226 hedeflerin proton, nötron veya gamalarla ışınlama
yoluyla Ac-225 üretimi tartışılmaktadır. (ITU, 1995; Mirzadeh,
2002, Garland, et al., 2003,. Liu and Allen, 2003).
• Ancak, konu ile ilgili literatür incelemesi yapıldığında klinik
uygulamalar için yeterli bir ölçekte bir Ac-225 üretimini gösteren
deneysel sonuçları pek göremiyoruz.
• İlk deneysel çalışmalardan birisi, Ac-225 üretimi için Ra-226’nın
proton bombardımanı ile elde edilen Ra-226 (p, 2n) Ac-225
reaksiyonudur (C. Apostolidisa, et al., App. Radiat. and Isot. 62 (2005) 383–387, M. Anwar Chaudhri, et
al., World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, September 7 - 12, 2009, ).
• Ayrıca, 225Ac üretimi için çalışılan alternatif reaksiyonlardan birisi de
Mashnik ve arkadaşlarının 200 MeV’in altındaki protonlarla doğal
toryum hedefin ışınlanmasına ait reaksiyonlardır (natTh(p,x)225Ac)
(J.W. Weidner, et al., App. Radiat. and Isot., 2012, 70, 2602-2607).
225Ac
•
225Ac
için ÖZET ve ÖNERİLER
için mevcut üretim teknolojisi, Th-229’dan
radyokimyasal ayırma yöntemlerine dayanmaktadır.
• Artan radyoizotop talebini karşılamak ve hastaların
tedavisi amacıyla, Ac-225 üretimi için alternatif yollar
denenmektedir.
• Mevcut üretim teknolojisine alternatif olabilecek
teknikler orta ölçekli hızlandırıcılara dayalı yöntemler
olarak gözükmekte.
225Ac
•
•
için ÖZET ve ÖNERİLER
En önemli üretim reaksiyonu olarak 226Ra(p,2n)225Ac gözükmekte.
Proton enerji aralığı ve proton akımına bakıldığında TAEK proton
hızlandırıcısı tesisi için bu reaksiyonun değerlendirilebilir olduğu
görülmekte.
225Ac
•
225Ac
için ÖZET ve ÖNERİLER
üretimi için alternatif reaksiyonlardan THM Proton
Hızlandırıcısı Projesini ilgilendireni ise doğal toryumun 200
MeV’in altındaki protonlarla ışınlanmasına ait reaksiyonlardır.
SON SÖZ
• TAEK Proton Hızlandırıcısı Tesisi’nin ülkemize kazandırılması
konusunda emeği geçenlere teşekkürler…
• Rutin radyoizotop üretim çalışmalarının dışında, burada nükleer
fizik deney istasyonlarının da çeşitli projelerle hayata geçirilmesi
yolunda çaba sarf edilmesi gerekiyor.
• Reaksiyon tesir kesiti, saçılma tesir kesiti ve parçacık yayınlanma
tesir kesitlerinin ölçülebileceği deney istasyonları ile birlikte
nükleer reaksiyon modellerinin simülasyonlarını çalışan gruplar
yaptıkları çalışmaları buradan çıkan deneysel verilerle
karşılaştırma imkanı bulacaklardır.
Kaynaklar
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Verbeek P. Report on molybdenum-99 production for nuclear medicine 2010–2020. AIPES Report,
November 2008
S. M. Qaim, Nuclear data relevant to the production and application of diagnostic radionuclides,
Radiochim. Acta 89, 223–232 (2001).
Kirk Bertsche, ACCELERATOR PRODUCTION OPTIONS FOR 99MO, SLAC-PUB-14132
Jan Willem van Gelder, Alternatives for the production of medical isotopes, www.profundo.nl, 2010.
Fong, A., T.I. Meyer, K. Zala, “Making Medical Isotopes, Report of the Task Force on Alternative for Medical
isotope Production”, TRIUMF, Vancouver, 2008.
IAEA, “Operational Research Reactor Database”, Website IAEA, Viewed in December 2009.
K. Abbas, et al. “Feasibility of 99Mo production by proton-induced fission of 232Th”, Nucl. Inst. Met. Phy.
Res. B 278 (2012) 20–25.
Steven C. van der Marck, “The options for the future production of the medical isotope 99Mo”, Eur J Nucl
Med Mol Imaging (2010) 37:1817–1820.
TECHNICAL REPORTS SERIES No. 466 ,TECHNETIUM-99m RADIOPHARMACEUTICALS: MANUFACTURE OF
KITS, INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, VIENNA, 2008.
J.W. Weidner, S.G. Mashnik, K.D. John, F. Hemez, B. Ballard, H. Bach, E.R. Birnbaum, L.J. Bitteker, A.
Couture, D. Dry, M.E. Fassbender, M.S. Gulley, K.R. Jackman, J.L. Ullmann, L.E. Wolfsberg, and F.M.
Nortier Applied Radiation and Isotopes, 2012, 70, 2602-2607
C. Apostolidis , et al., App. Radiat. and Isot. 62 (2005) 383–387 2003
M. Anwar Chaudhri, et al., World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, September 7 12, 2009,
TEŞEKKÜRLER
aaydın