Ученые физического факультета МГУ и НИИЯФ МГУ провели серию исследований ядерных реакций с вылетом заряженных частиц с помощью ускорителей электронов. Такие реакции рассматриваются как перспективная альтернатива традиционным способам получения медицинских и промышленных изотопов. В частности, изучается возможность получения медицинского радионуклида лютеция-177 (177Lu) из мишеней тантала и гафния, как естественного состава, так и обогащенных по изотопам.
Методика лечения опухолей костных тканей и внутренних органов радиофармацевтическими препаратами на основе радионуклида 177Lu является одной из новейших разработок в области ядерной медицины. Низкая энергия бета-излучения, которую он испускает, обеспечивает локальность лучевой терапии, что приводит к меньшей дозовой нагрузке на пациента и возможности повторения циклов лечения.
Для успешного использования радиофармацевтических препаратов с 177Lu важно найти методы его дешевой и быстрой наработки. В основном этот радионуклид получают в реакторах путем облучения нейтронами мишеней из высокообогащенного лютеция 176Lu. При этом обогащение мишеней по 176Lu должно достигать не менее 82%, тогда как природный лютеций содержит всего лишь 2,6% 176Lu. Поэтому необходимы предварительные сложные и дорогостоящие процедуры по обогащению облучаемых мишеней. Кроме того, при облучении нейтронами в реакторе лютециевых мишеней, в них образуются химически неотделимые примеси. Эти примеси ухудшают радиохимическую чистоту нарабатываемого источника. Еще одна проблема реакторного способа получения медицинских радиоизотопов — небольшой срок годности радиофармпрепаратов. Из-за короткого периода полураспада диагностических или терапевтических медицинских радионуклидов радиофармацевтический препарат необходимо использовать в диапазоне от нескольких часов до нескольких суток. За это время необходимо выделить целевой радионуклид из облученных мишеней, изготовить радиофармацевтический препарат, доставить его от реакторной установки в клинику и ввести в организм пациента. Сложность процедур получения и транспортировки приводит к необходимости поисков альтернативных способов получения медицинских радионуклидов.
Получать радионуклиды на ускорителях электронов экономичнее и технологически проще, чем в реакторах. В ядерных реакциях с вылетом заряженных частиц меняется не только масса, но и заряд ядра. Нарабатываемый в результате ядерной реакции медицинский радионуклид является уже другим химическим элементом, образующимся в исходном материале облучаемой мишени. Именно поэтому его легче отделять радиохимическими методами от матрицы мишени, получая медицинский источник с высокой степенью чистоты.
Ученые МГУ исследуют возможность использовать для получения 177Lu реакции с вылетом протона (γ, рXn) на мишенях гафния и реакции с вылетом альфа-частицы (γ, a) на мишенях тантала путем облучения этих мишеней тормозным излучением ускорителей электронов с разной энергией пучка — 20, 40 и 55 МэВ. Полученные данные о выходах исследованных реакций показывают перспективность использования ускорителей электронов для производства 177Lu, особенно при использовании обогащенных по 178Hf мишеней гафния. Ученые отмечают, что при наработке 177Lu предлагаемым способом даже при использовании обогащенных по 178Hf мишеней себестоимость облучения на 2–3 порядка ниже, чем при производстве 177Lu в реакторе. Также в рамках исследований были изучены выходы паразитарных примесей других изотопов лютеция в мишенях, облученных тормозным излучением ускорителей электронов. Они составили не более 1%, что позволяет получить 177Lu с требуемой для лучевой терапии радиохимической чистотой. Более того, при использовании предлагаемого подхода, после радиохимических процедур выделения целевого радионуклида теряется не более 2% мишени и ее можно повторно использовать для наработки, что также повышает рентабельность производства. В отличие от реакторов, ускорители электронов – достаточно распространенные компактные установки, стоимость и обслуживание которых гораздо экономичнее и проще, поэтому они могут быть установлены в любом центре ядерной медицины.
«Мы надеемся, что наши исследования приведут к массовому внедрению передовых методов ядерной медицины в Российской Федерации и облегчат доступ людей к ним», – рассказала старший научный сотрудник кафедры физики ускорителей и радиационной медицины физического факультета МГУ Марина Желтоножская.
Результаты исследований опубликованы в нескольких статьях в журналах The European Physical Journal A, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, Physics of Particles and Nuclei Letters.
