От реактора до пациента: все, что вы хотели знать о радиофармпрепаратах

Свыше 50 % радиоактивных изотопов в мире нарабатываются для производства радиофармпрепаратов. О том, какой путь они проходят, прежде чем попасть к пациенту, рассказали на Public Talk сети информационных центров по атомной энергии эксперты Томского политехнического университета Артем Наймушин и Евгений Нестеров. А мы посмотрели и законспектировали.

Не только энергия

У многих ядерный реактор ассоциируется исключительно с АЭС, а ядерный распад — ​с выработкой электроэнергии. Все так, но помимо энергетических реакторов бывают и исследовательские. Согласно базе данных МАГАТЭ, в мире 223 реактора используются для производства радиоизотопов, рентгенографии, для определения характеристик и испытания материалов, а также в образовательных целях. Кстати, первый в мире ядерный реактор, «Чикагская поленница» Энрико Ферми, классифицировался как исследовательский. Первый советский реактор Ф‑1 тоже не был предназначен для выработки электроэнергии.

Исследовательские реакторы различаются по множеству характеристик, например по режиму работы. Они могут быть импульсными — ​там генерируются кратковременные, не дольше секунды, всплески мощности и потока нейтронов, пульсирующими — ​те же всплески, но с определенной периодичностью, а также реакторами продолжительной работы. Последний тип годится для наработки радиоизотопов — ​чтобы достичь необходимой для медицины активности, изотоп должен выдерживаться под потоком нейтронов продолжительное время.

Единственный в России действующий ядерный реактор, находящийся на территории университета — ​Томского политеха, как раз является реактором продолжительной работы и используется, помимо прочего, для производства лютеция‑177, фосфора‑32 и технеция‑99m для ядерной медицины. Внутри активной зоны реактора ТПУ — ​14 вертикальных труб, так называемых вертикальных экспериментальных каналов, которые опущены в нейтронную бериллиевую ловушку. В канал помещается ампула с материнским изотопом, причем каждый канал можно загрузить разными изотопами. После длительного, несколько недель, облучения мощным потоком нейтронов ампулу извлекают из активной зоны и переносят в горячую камеру. Там происходит сложный радиохимический процесс — ​выделение и очистка изотопа. И если процесс наработки в реакторе более-менее похож у разных изотопов (меняется только продолжительность облучения), то радиохимические методы сильно различаются.

Нарабатывать изотопы можно не только в исследовательских реакторах, но и на энергетических. Например, на Ленинградской АЭС производят кобальт‑60, йод‑125, молибден‑99 и йод‑131. Но для атомных станций этот продукт побочный, все же основная их функция — ​генерация.

Просто добавь биомолекулу

Наработать изотоп — ​это полдела. Следующий шаг — ​приготовить из него препарат. Для этого изотоп соединяют с органотропной биомолекулой, которая избирательно накапливается в определенном органе. Молекула доставляет изотоп к опухоли, а тот ее уничтожает или подсвечивает — ​для диагностики. Например, для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) изотопы должны излучать в гамма-диапазоне и иметь период полураспада от нескольких минут до одних суток. Самый популярный изотоп для ОФЭКТ — ​технеций‑99m. Эта рабочая лошадка ядерной медицины используется более чем в 80 % случаев. Второе диагностическое направление — ​ПЭТ. Здесь используются позитрон-излучающие радиоактивные нуклиды с периодом полураспада от нескольких секунд до часа, например фтор‑18.

Терапевтические радиоизотопы же должны излучать в бета- (например, йод‑131) или альфа-диапазоне (радий‑223). Терапия альфа-излучателями — ​это относительно новое направление в ядерной медицине. У таких изотопов довольно низкая проникающая способность, поэтому они точечно воздействуют на саму опухоль, не повреждая здоровые ткани. Из-за короткого периода полураспада многих изотопов врачи иногда синтезируют радиофармпрепараты сами, прямо в клинике. Медработник берет два флакона, ​с радиоизотопом и биомолекулами, и после некоторых манипуляций (смешивание, нагрев, охлаждение, инкубация и т. д.) получает РФП. В больницу радиоизотоп доставляют в свинцовом контейнере. Свинец — ​самый дешевый и при этом надежный материал для защиты от ионизирующего излучения.

Иногда врачи сами синтезируют не только радиофармпрепараты, но и изотопы с помощью специальных генераторов, внутри которых из долгоживущего радиоактивного изотопа образуется другой, с меньшим периодом полураспада. Например, период полураспада технеция‑99m — ​всего шесть часов. За это время его невозможно доставить с производства в больницу на другом конце страны и ввести пациенту. Поэтому врачи получают генератор технеция‑99m, внутри которого этот изотоп непрерывно синтезируется из молибдена‑99. Аналогичным образом, прямо у постели пациента, можно синтезировать рений‑188, рубидий‑82 и т. д.