CERN-MEDical Isotopes Collected from ISOLDE ( MEDICIS ) — это объект, расположенный в Isotope Separator Online DEvice (ISOLDE) в CERN , предназначенный для производства высокочистых изотопов для разработки практики диагностики и лечения пациентов. Объект был запущен в 2010 году, а его первые радиоизотопы ( тербий-155 ) были получены 12 декабря 2017 года. [1]
Мишень, используемая для производства радиоактивных ядер на установке ISOLDE, поглощает только 10% протонного пучка. [2] MEDICIS размещает вторую мишень позади первой, которая облучается оставшимися 90% протонного пучка . Затем мишень перемещается в автономную систему разделения масс, и изотопы извлекаются из мишени. [3] Эти изотопы имплантируются в металлическую фольгу и могут быть доставлены в исследовательские учреждения и больницы. [4]
MEDICIS — это лаборатория ядерного класса А, в которой применяются различные процедуры радиозащиты для предотвращения облучения и загрязнения. [5]
Изотоп элемента содержит то же число протонов , но другое число нейтронов , что дает ему другое массовое число, чем элемент, найденный в периодической таблице. Изотопы с большим изменением числа нуклонов будут распадаться на более стабильные ядра и известны как радионуклиды или радиоизотопы .
Область ядерной медицины использует радиоизотопы для диагностики и лечения пациентов. Излучение и частицы, испускаемые этими радиоизотопами, могут быть использованы для ослабления или уничтожения целевых клеток, например, в случае рака . Для диагностики пациенту вводится радиоактивная доза, и ее активность можно отслеживать для изучения функциональности целевого органа. Используемые в этом процессе индикаторы обычно представляют собой короткоживущие изотопы. [6]
Диагностические радиофармпрепараты используются для исследования функциональности органов, кровотока, роста костей и других диагностических процедур. [ требуется ссылка ] Радиоизотопы, необходимые для этой процедуры, должны испускать гамма-излучение с высокой энергией и коротким периодом полураспада, чтобы оно могло покинуть организм и быстро распасться. [7] В настоящее время наблюдается тенденция к использованию изотопов, полученных с помощью циклотрона, поскольку они становятся все более доступными. [6]
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — это метод визуализации, использующий радиоизотопы, также чаще всего производимые с помощью циклотрона . [8] Они вводятся пациенту, накапливаются в целевой ткани и распадаются посредством эмиссии позитронов . Позитрон аннигилирует с электроном поблизости, что приводит к излучению двух гамма-лучей ( фотонов ) в противоположных направлениях. Камера ПЭТ обнаруживает эти лучи и может определить количественную информацию о целевой ткани. [9]
Терапевтические радиофармпрепараты используются для уничтожения или ослабления неисправных клеток с помощью радиоизотопа, локализованного в определенном органе. Этот процесс называется радионуклидной терапией (РНТ) и использует тяжелые протонные радиоизотопы (расположенные в северо-западной части нуклидной карты ), которые распадаются через бета- или альфа- излучение. [10]
Объект MEDICIS расположен в пристройке здания 179 на территории CERN Meyrin, рядом со зданием ISOLDE. [11] Объект был создан CERN в 2010 году вместе с взносами из Фонда передачи знаний CERN, а также получив грант Европейской комиссии на обучение Марии-Склодовской-Кюри под названием MEDICIS-PROMED. [12] [13] Строительство объекта началось в сентябре 2013 года и было завершено в 2017 году. [14] [3]
ISOLDE направляет пучок протонов с энергией 1,4 ГэВ из протонного синхротронного усилителя (PSB) на толстую мишень, материал которой зависит от желаемых производимых изотопов. Только 10% пучка протонов, используемых в установке ISOLDE, поглощается мишенью, а остальная часть попадает в свалку пучка . [15] MEDICIS использует эти потраченные впустую протоны для облучения второй мишени, которая производит определенные изотопы, размещенные за каждой из целевых станций ISOLDE, сепаратором высокого разрешения (HRS) и сепаратором общего назначения (GPS). [3] В качестве альтернативы установка использует предварительно облученные мишени, которые предоставляются внешними учреждениями. [16] MEDICIS была одной из немногих установок, работавших в течение всего длительного отключения 2, поскольку она была снабжена 34 внешне облученными мишенными материалами. [3]
Из-за высоких уровней радиации мишени переносятся со станции облучения на линию разделения масс радиоизотопов с помощью автоматизированной рельсовой конвейерной системы (RCS). [1] [3] Робот KUKA используется для транспортировки мишени на станцию, где интересующий изотоп может быть собран и радиохимически очищен. [17] Это делается путем нагрева мишени до очень высоких температур, часто более 2000 °C, что приводит к диффузии указанных изотопов. Затем изотопы ионизируются и ускоряются источником ионов для отправки через масс-сепаратор. Масс-сепаратор извлекает интересующий изотоп, чтобы его можно было имплантировать на тонкую золотую фольгу с односторонним металлическим или солевым покрытием. [18] [19]
В 2019 году установка лазерного источника ионов MEDICIS в ЦЕРНе (MELISSA) полностью вступила в строй, включающая отдельные лазеры, вспомогательные и управляющие системы, а также транспортировку оптического луча. [20] Лазерная лаборатория MELISSA помогла успешно повысить эффективность разделения и выход изотопов. [16] [3] Лазер возбуждает только изотопы нужного элемента, что позволяет проводить селективное по элементу разделение изотопов для заданной атомной массы от других изобар с помощью масс-сепаратора. [21]
Для извлечения образцов после сбора радиоизотопов используется экранированная тележка, чтобы избежать риска заражения. [19] После того, как мишень заканчивается, ее отправляют в горячую камеру для безопасного демонтажа и помещения в мусорные баки.
После сбора образцы могут быть отправлены в больницы и исследовательские центры с целью разработки протоколов визуализации и лечения пациентов, а также терапии. [22]
Кроме того, рядом с объектом MEDICIS находится лаборатория нанолаборатории, предназначенная для разработки и сборки наноматериалов . [23] Наноматериалы запечатаны в перчаточном боксе , что означает отсутствие контакта с внешней средой. [24] Она основана на разработке первых наноструктурированных мишеней, используемых для производства изотопов, и в дальнейшем использует разработки, начатые в MEDICIS-Promed под руководством профессора «Кости» Новозелова.
Несколько лантаноидов, производимых в CERN-MEDICIS, самарий и тербий, представляют интерес для таргетной терапии, подобно лютецию, уже используемому в клиниках. [25] Лютеций испускает низкоэнергетические β-частицы с коротким пробегом, используемые для облучения опухолевых мишеней меньшего объема . [26] Тербий-149 испускает альфа-частицы с коротким пробегом, гамма-лучи и позитроны в своей схеме распада, что делает его пригодным для таргетной альфа-терапии . Конкретное исследование 149Tb , производимого ISOLDE, проводилось в терапии рецепторов фолиевой кислоты , что заметно при раке яичников и легких . [25] [27]
153 Sm, произведенный в реакторе BR2 в SCK CEN , с последующим разделением масс с помощью MEDICIS для увеличения его молярной активности, оказался подходящим для таргетной радионуклидной терапии (TRNT) в исследовательском проекте по проверке концепции. [28] Он испускает низкоэнергетические β-частицы и гамма-пики и имеет приемлемый период полураспада для логистики и амбулаторного лечения, что делает его кандидатом выбора для тераностических подходов.
Тераностика, лечение, которое сочетает терапию и диагностику , является новым направлением в точной медицине, где радиоизотопы, произведенные в MEDICIS, уже запустили исследовательские проекты. Стратегия, используемая учреждением, заключается в поиске элемента, который имеет два радиоизотопа, используемых для визуализации и терапии по отдельности. [29]
Перспективным элементом для использования в тераностике является тербий, поскольку он имеет четыре различных радиоизотопа для использования в терапии и ПЭТ или ОФЭКТ- визуализации. В 2021 году производство радиоизотопа Tb было успешно осуществлено с помощью лазерного источника ионов MELISSA, с эффективностью ионизации 53%, полученной студентами MEDICIS-Promed. [30] С 2021 года были получены еще три нетрадиционных изотопа, представляющих интерес для ПЭТ-визуализации или терапевтических применений. [31]
Исследование массы разделенного 153 Sm в MEDICIS с использованием биологических исследований in vitro показало, что способность опухолей поглощать (поглощение) и удерживать вещества (удержание) была улучшена по сравнению с нормальными тканями. Сканирование SPECT-CT животных мышей было получено после инъекции и показало очищенную активность через двадцать четыре часа. [32]
Производство высокочистых изотопов методом массового разделения для медицинского применения (PRISMAP) — это европейская программа по медицинским радионуклидам, целью которой является обеспечение устойчивого источника высокочистых радиоизотопов для медицины. [33] [34] Программа объединяет 23 бенефициара из 13 стран, чтобы создать единую точку входа для сообщества пользователей медицинских изотопов. [35] Установка MEDICIS обеспечивает массовое разделение изотопов, которые затем могут транспортироваться в близлежащие исследовательские центры, принимающие внешних исследователей, чтобы ограничить дальнюю транспортировку образцов. [36]
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )