Los isótopos, los átomos de un elemento que son químicamente idénticos pero varían en número y masa de neutrones, son esenciales para la medicina nuclear. En un esfuerzo por volver a una masa estable, los isótopos conocidos como radioisótopos emiten radiación que puede dañar el tejido enfermo yse puede rastrear en ciertos entornos, haciéndolos útiles para la imagen médica y la terapia contra el cáncer, así como para rastrear el cambio ambiental en los océanos y el suelo, estudiar la ciencia fundamental de los núcleos y salvaguardar la seguridad nacional.
De los miles de radioisótopos identificados hasta el momento, algunos ocurren en la naturaleza, pero la mayoría debe producirse en reactores nucleares o aceleradores de partículas. El radioisótopo médico más utilizado es el tecnecio-99m Tc-99m, el isótopo hijo que significael producto de la desintegración radiactiva de molibdeno-99 Mo-99.
La vida media de 66 horas de Mo-99, que actualmente se produce por la fisión de objetivos de uranio en reactores de investigación, hace que sea un desafío producir y transportar alrededor del mundo antes de que se descomponga espontáneamente en Tc-99m. Construido 30Hace 50 años, en el apogeo de la era de los átomos para la paz, varios de los principales reactores nucleares del mundo que producen Mo-99 han experimentado paradas imprevistas que han interrumpido el suministro de radioisótopos de Mo-99.
Con la posibilidad de un suministro inestable, existe un fuerte incentivo para desarrollar métodos de producción alternativos para este isótopo esencial. Para abordar este problema, la Administración Nacional de Seguridad Nuclear NNSA está apoyando a los socios comerciales para acelerar el establecimiento de una empresa nacional,capacidad comercial de producción de Mo-99 que no utiliza uranio altamente enriquecido.
Al mismo tiempo, la NNSA está trabajando para reducir significativamente el riesgo de proliferación nuclear al apoyar a los productores internacionales de Mo-99 en la conversión de sus procesos de producción de Mo-99 de uranio altamente enriquecido HEU a uranio poco enriquecido LEU.El Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE apoya activamente ambos esfuerzos.
"A partir de la década de 1980, Argonne se centró en convertir objetivos para la producción de molibdeno-99 de uranio altamente enriquecido a uranio poco enriquecido y proporcionó la tecnología para hacerlo", dijo George Vandegrift, miembro distinguido de la División de Ingeniería Nuclearen Argonne.
En los últimos cinco años, Argonne se ha asociado con la industria y otros laboratorios nacionales bajo la administración de la NNSA para ayudar a establecer la producción estadounidense de Mo-99.
Ahora, además de continuar con este desarrollo tecnológico para los métodos de producción de Mo-99 para el DOE y NNSA, Argonne también está avanzando nuevos enfoques de producción y procesamiento para otros radioisótopos prometedores con el estímulo y el apoyo del Programa de Isótopos del DOE.
Mientras que el Tc-99m, derivado de su isótopo padre Mo-99, se usa principalmente para procedimientos de diagnóstico, existe un gran interés en el desarrollo de métodos de producción eficientes para los isótopos que se pueden usar para la terapia del cáncer. Argonne está utilizando su recientemente actualizadoacelerador lineal de electrones LINAC, junto con su experiencia histórica en el desarrollo de objetivos y la recuperación y purificación de radioisótopos, para explorar una variedad de dichos isótopos terapéuticos.
El LINAC de electrones de Argonne opera en un "punto óptimo" para hacer radioisótopos particulares. A 30-50 megavoltios de electrones y corrientes relativamente altas, el LINAC tiene la capacidad de producir radioisótopos potencialmente importantes. Por ejemplo, radioisótopos como el cobre-67 Cu-67 y escandio-47 Sc-47, cuyo uso se ha visto impedido en el desarrollo de aplicaciones farmacéuticas por falta de suministro confiable o baja actividad específica.
Aceleración del suministro de Mo-99 a través de asociaciones industriales
Más del 80 por ciento de los procedimientos de diagnóstico nuclear 40 millones por año en todo el mundo usan Tc-99m. Solo Estados Unidos usa la mitad del suministro mundial, pero importa el 100 por ciento del isótopo padre Mo-99 de países extranjeros.
Vandegrift dijo que el tecnecio se usa ampliamente debido a sus propiedades radiológicas y su rica química. El Tc-99m tiene una vida media corta, emite rayos gamma a energías que son fáciles de detectar y se une a muchos tipos de proteínas que permiten que el radioisótopo produzca imágenestejidos específicos y funciones del cuerpo.
"Cuando Mo-99 enfrentó una crisis en el suministro, NNSA amplió el programa de conversión de HEU a LEU para incluir el desarrollo de suministros domésticos de Mo-99", dijo Vandegrift.
Financiado por la NNSA, Argonne está colaborando con dos compañías estadounidenses, SHINE Medical Technologies y NorthStar Medical Technologies, LLC, para establecer una forma escalable, segura y confiable de producir, recuperar y purificar Mo-99 que cumpla con los estándares farmacéuticos requeridos parauso de Tc-99m como radiofármaco. Argonne demostró el camino de producción de cada empresa con su LINAC y proporcionó experiencia en química objetivo y postprocesamiento.
Ambas compañías están en el proceso de establecer instalaciones de producción que les permitirán fabricar y distribuir suficiente Mo-99 para satisfacer el 50 por ciento de la demanda de los Estados Unidos sin el uso de HEU.
El método de producción SHINE propuesto utiliza un generador de neutrones basado en un acelerador de baja energía para propagar la fisión de una solución de sulfato de uranilo poco enriquecido, produciendo cientos de isótopos, incluido Mo-99. Los investigadores de Argonne han demostrado la viabilidad de este método utilizandoelectron LINAC para producir neutrones a través de un convertidor para irradiar una solución de sulfato de uranilo. También desarrollaron tecnologías para la recuperación y purificación de Mo-99, que constituye el seis por ciento de los productos de fisión presentes en la solución irradiada. Argonne recientemente produjo y procesó uncantidad significativa de Mo-99 utilizando esta tecnología que se desarrolló para SHINE. El Mo-99 se envió a GE Healthcare para realizar pruebas y pasó todos los requisitos de pureza y utilización. La Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. autorizó recientemente la emisión de un permiso de construcción para SHINE.
"SHINE se ha beneficiado enormemente del trabajo que Argonne ha hecho para ayudar a diseñar y probar nuestro proceso. Las capacidades únicas de Argonne significaron que pudieron demostrar el proceso SHINE años antes de que se construyera nuestra instalación de fabricación, y eso ha reducido en gran medida nuestros riesgos de inicio,"dijo Katrina Pitas, Vicepresidenta de Desarrollo de Negocios de SHINE." Estamos agradecidos a George Vandegrift, pionero en el mundo LEU Mo-99, y a todo su equipo por las perspicaces ideas y el arduo trabajo que han contribuido al proyecto SHINE."
El proceso NorthStar, por otro lado, utiliza un haz de electrones de alta energía para producir fotones en un objetivo convertidor para irradiar un conjunto de discos sinterizados Mo-100 estables. En este proceso, los fotones golpean átomos de Mo-100, descargándoseneutrones y dejando un rendimiento significativo de Mo-99 para el procesamiento. El equipo de Argonne optimizó la química y la estructura del disco y desarrolló una vía de reciclaje químico que permitirá a NorthStar reutilizar material objetivo de molibdeno enriquecido costoso. La instalación de prueba construida en Argonne, en colaboración conEl Laboratorio Nacional de Los Alamos, es una operación a escala piloto con todos los componentes de la unidad de producción propuesta por NorthStar. En la última prueba de producción realizada en Argonne, se produjeron varios curies de Mo-99 y se enviaron a NorthStar para su evaluación.
"NorthStar ha disfrutado de un importante apoyo y contribución del Laboratorio Nacional de Argonne en los últimos cinco años o más a medida que desarrollamos y optimizamos nuestro proceso de producción para Mo-99 a través de un acelerador de electrones", dijo Jim Harvey, Vicepresidente Senior y Jefe de Ciencias de NorthStarOficial ". El desarrollo de procesos químicos para disolver y recuperar material objetivo enriquecido combinado con la capacidad de ejecutar ahora la producción de irradiaciones significativas utilizando el acelerador de electrones de Argonne están contribuyendo directamente a nuestro exitoso despliegue futuro de este proceso de producción de Mo-99 en los Estados Unidos."
Con demostraciones exitosas de ambos procesos desarrollados en LINAC de Argonne, SHINE y NorthStar han continuado los planes para usar aceleradores para la producción. SHINE usará un generador de neutrones basado en el acelerador en su instalación de Janesville, Wisconsin, para su proceso de fisión inducida por neutrones, y NorthStar tiene planes a largo plazo para instalar su propio LINAC de electrones en su instalación de Beloit, Wisconsin, como base de su proceso de reacción inducida por rayos gamma. De vuelta en Argonne, investigadores, con el apoyo y el estímulo del Programa de Isótopos del DOE,están ampliando su programa de radioisótopos con el objetivo de realizar una investigación innovadora y llevar a cabo el desarrollo y la demostración necesarios para suministrar una gama de radioisótopos clave.
Abastecimiento de ciencia que cambia la vida
No tóxico con emisiones adecuadas para radioterapia e imagenología y una vida media de 2.6 días, Cu-67 ha sido reconocido durante décadas por sus propiedades adecuadas como "teranóstico": un radioisótopo terapéutico y de diagnóstico combinado.
"Cu-67 podría permitir a los médicos controlar la terapia en tiempo real", dijo David Rotsch, químico de Argonne. "Se ha demostrado que las partículas beta que emite penetran unos pocos milímetros en los tejidos, matando las células cancerosas, pero también emiteradiación gamma que puede usarse para rastrear qué tan bien está erradicando esas células cancerosas ".
Utilizando el LINAC, los investigadores produjeron Cu-67 de alta actividad específica y demostraron la producción a pequeña escala del radioisótopo. Ahora, con fondos del Programa de Isótopos del DOE, se están preparando para producir suficiente Cu-67 para satisfacer la demanda estimada de I + D externay futuros ensayos clínicos. Argonne distribuirá Cu-67 a través del Centro Nacional de Desarrollo de Isótopos del DOE a principios de noviembre de este año.
"Estamos comenzando en lotes de 100 miliCurie y podemos aumentar a dos lotes de Curie dependiendo de la demanda", dijo Rotsch.
El equipo también recibió financiación de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio Argonne LDRD en otoño de 2015 para investigar la producción de otros radioisótopos con el LINAC electrónico. Uno de los objetivos de la LDRD es crear un modo de producción para Sc-47 que permita una rápiday procesamiento simple para distribución.
Al igual que Cu-67, Sc-47 tiene características que lo convierten en un buen candidato teranóstico. Los investigadores de Argonne están desarrollando un proceso para la producción y purificación de Sc-47 para minimizar los tiempos de procesamiento y maximizar los rendimientos. Este isótopo también estaría disponiblea través del Programa de isótopos del DOE.
"Estamos en una buena posición porque, en este momento, nuestro LINAC es único en tener un mayor poder y haz de energía", dijo Sergey Chemerisov, Gerente de Instalaciones de Aceleración en la División de Ingeniería Nuclear. "Somos el único DOE LINACeso puede hacer este trabajo en este momento "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Katie Elyce Jones. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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