Kan i bruke IFEs atomreaktorer til å lage nye radioaktie medisiner? Sindre Hassfjell, Seniorforsker Sektor Nukleærteknologi, Fysikk og Sikkerhet (NFS) 2016-3-30 og 2016-3-31
I dette foredraget håper jeg dere lærer noe om: Radioaktiitet Strålingstyper Radioaktie atomer Hordan kan radioaktie atomer lages Hordan i kan bruke radioaktie atomer i kreftbehandling 2
Atomet 10-15 m 10-10 m 3
Ha er radioaktiitet? Stråling fra ustabile atomkjerner (frigitt energi) En radioakti hendelse = desintegrasjon En desintegrasjon per sekund = En Bequerel Radioaktiitet forsinner med en gitt haleringstid 4
Radioakti desintegrasjon Et atom består a protoner og nøytroner i en kjerne og elektroner i ytre skall En stabil atomkjerne har et passende antall protoner + og nøytroner For mange nøytroner: For få nøytroner: + + e - + ν + + e + + ν beta-partikler + gamma-stråling For tung kjerne: + + alfa-partikkel 5
Elektron-innfangning og Auger-elektroner Et elektron i innerste skall reagerer med et proton i kjernen og danner et nøytron. Hullet i skallet fylles a et elektron fra et skall lengre ut. Energiforskjell mellom elektronskallene sendes ut som Røntgen-stråling, eller den gjøres om til beegelsesenergi til et annet elektron i et skall lengre ut. De utsendte elektroner kalles Augerelektroner. Et Auger-elektron = to hull i elektronskall 6
Energiasetning fra radioakti stråling Elektronene i atomene slås ut gamma-stråling dempes gradis og har lang rekkeidde Partikkelstråling (alfa og beta) har kort rekkeidde 7
Bindingsbrudd i iktige molekyler Ionisering ia ladningsfrastøtning Når elektroner i kjemiske bindinger slås ut, brytes bindingen og radikaler dannes. 30 ev per bindingsbrudd 8
Diagnostikk eller Behandling Radionuklider til diagnostikk Lite partikkelstråling Gamma-stråling detekteres med gamma-kamera Positron-emittere til PET Så la dose som mulig, ca 100 MBq Radionuklider til behandling Partikkelstråling Lite gamma-stråling Så høy dose som mulig til kreftcellene, opptil ca 10 GBq 9
Diagnostikk med radionuklider - Bildedanning ed deteksjon a γ-stråling t 1/2 = 6 t E γ = 140 kev 10
Behandling med α-partikler Stor energiasetning Rekkeidde 60-100 µm i ann Ca 200.000 bindingsbrudd per α-partikkel Ca 100 α-partikler il drepe en celle α-partikkel 2+ 0 µm 100 µm 2 protoner og 2 nøytroner 11 Rekkeidde opptil 10 celler
Behandling med β-partikler Middels energiasetning Rekkeidde 0,2-20 mm i ann Ca 10.000 bindingsbrudd per β-partikkel Ca 100.000 β-partikler il drepe en celle (kryssild) β-partikkel (elektron) - Celleklump 0 mm 1 mm 12
Behandling med Auger-elektroner Liten energiasetning Rekkeidde 1 nm 10 µm i ann Opptil ca 30 Auger-elektroner per desintegrasjon 100 Auger-prosesser i DNA il drepe en celle Auger-elektron - Ladningseksplosjon 13
Produksjonseier for radionuklider Nukleære forskningsreaktorer (JEEP II og HBWR) β-emittere (terapi) 131 I, 166 Ho, 90 Y.. Nøytronbestråling a targets Akseleratorer (Syklotron) Lager typisk positron/γ-emittere for diagnostikk 18 F, 123 I, 67 Ga... Protonbestråling a targets Radionuklidegeneratorer (baserer seg på oenstående) 99 Mo (66 t) 99m Tc (6 t) 227 Ac (22 år) 227 Th (19 d) 223 Ra (11 d) 14
Nøytronproduksjon i en nukleær reaktor Fisjon gir oerskudd nøytroner nøytron Nøytronfluks: Kjellerreaktoren: 1x10 13 n/cm 2 s Haldenreaktoren: 7x10 13 n/cm 2 s 15
Radionuklideproduksjon i forskningsreaktorene JEEP II og HBWR Bestrålingsposisjoner tilgjengelig i JEEP II Boks Rabbit Boks 16
Må lage Rabbit-system 17
Hilke radionuklider il i lage? Gul: alfa Blå: beta Rød: positron Isotoper a et grunnstoff er de horisontale linjene (ulikt antall nøytroner) 03.04.2016
Beta-emittere til kreftbehandling som kan produseres ed IFEs reaktorer Radionuklide 153 Sm 166 Ho 149 Pm 165 Dy 177 Lu 161 Tb t½ 47 t 27 t 2,2 d 2,3 t 6,7 d 6,9 d β -energi 0,22 MeV 0,67 MeV 0,35 MeV 0,44 MeV 0,13 MeV 0,15 MeV (middel) γ-energi (hyppighet) IC/Auger-e /decay 103 kev (29 %) 1.34 e - 81 kev (7 %) 0.72 e - 286 kev (3 %) 95 kev (4 %) 0.21 e - 208 kev (10 %) 0.23 e - 26 kev (23 %) 2.21 e - For tumorstørrelse: 0,1-5 mm > 1 mm > 1 mm > 1 mm 0,2 5 mm 0,01 5 mm Årlige pasientdoser 34000 70000 16600 116000 2800 4500 19
Terbium-161 Mulig å drie effekti kreftbehandling a små celleklustre (spredning) Kort rekkeidde på strålingen Lite γ-stråling gir liten helkroppsdose (normale) Lett å skjerme i fra produksjon til pasient Lett å produsere 20
Produksjon a 161 Tb Kartsampulle bestråles i ca 2 uker 160 Gd + 1 n 161 Gd + γ 161 Gd 161 Tb + β-partikkel + ν 161 Tb 161 Dy (stabil) + β-partikkel + ν 21
Fremstilling a Terbium-161 Innholdet i kartsampullen løses opp Gd og Tb separeres HPLC-system med ionebytting Ionebytterkolonne Høy renhet a terbium 22
Hordan oppnå selekti anrikning a radionuklidene i et område med kreft? Idéen! Radionuklide Målsøkende molekyl Kreftcelle 23
Organselektiitet Startet i 1948 med radioaktit jodid 131 I (t 1/2 = 8 d, β-partikler og γ-stråling) Jodid inngår i dannelsen a hormoner Anrikes selektit i skjoldbruskkjertelen I dag brukes 223 RaCl 2 (Xofigo) for prostatakreft spredt til ben 223 Ra (t 1/2 = 11,4 d, α-partikler, β-partikler og γ-stråling) Anrikes i benmassen fordi kjemisk likner radium på kalsium 24
Selekti binding til kreftceller med søkemolekyler Finne oerflateproteiner som er oer-uttrykt på kreftceller Målsøker: monoklonale antistoff Startet på 80-tallet i dag design-antistoffer Andre proteiner: ekstfaktorer Små molekyler, hormoner etc. DNA/RNA-sekenser (aptamer) 25
Forskningsprosjekt i radionuklideterapi med ad. for Biokjemi ed Radiumhospitalet Kobling a Terbium-161 til en ekstfaktor ia en koblingsgruppe Denne ekstfaktoren er oer-uttrykt i noen former a: Lungekreft Brystkreft Blærekreft Endometriekreft (limor) Rhabdomyosarcom 26
Konklusjon: JA, IFEs forskningsreaktorer kan brukes til å lage radioaktie medisiner til kreftbehandling Takk for oppmerksomheten 27