Produkcja radioizotopów medycznych i radiofarmaceutyków PET w Środowiskowym Laboratorium Jonów Uniwersytetu Warszawskiego
Dobiega końca budowa ośrodka produkcji i badania radiofarmaceutyków PET w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego.
Oficjalne otwarcie przewidziane jest w dniu 15 maja 2012 r., a w dniu 16 maja 2012 r. rozpocznie się międzynarodowa konferencja Positron Emission Tomography in Research and Diagnostics - o czym Wydział Nauk Medycznych informował już uprzednio. Konferencja będzie dofinansowana przez Wydział V Nauk Medycznych PAN. Poniżej zamieszczamy artykuł Profesora Jerzego Jastrzębskiego z informacją o tym doniosłym wydarzeniu. Niebawem zamieścimy także artykuł Prof. Leszka Królickiego i wsp. Metoda pozytonowej tomografii emisyjnej w medycynie
Jacek Zaremba
Dziekan Wydziału Nauk Medycznych PAN
Jerzy Jastrzebski
Professor of Physics
Heavy Ion Laboratory
University of Warsaw
www.slcj.uw.edu.pl
PRODUKCJA RADIOIZOTOPÓW MEDYCZNYCH I RADIOFARMACEUTYKÓW PET W
ŚRODOWISKOWYM LABORATORIUM CIĘŻKICH JONÓW UNIWERSYTETU WARSZAWSKIEGO
Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego (ŚLCJ UW) utworzone zostało w 1979 roku na mocy porozumienia pomiędzy Ministerstwem Nauki i Informatyzacji, (obecnie Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego), Państwową Agencją Atomistyki i Polską Akademią Nauk. ŚLCJ UW, obok Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, jest jednym z dwóch polskich ośrodków dysponujących cyklotronem (akceleratorem cząstek naładowanych) przystosowanym do wykonywania prac badawczych i prac, zmierzających do zastosowań wiązek cząstek naładowanych.
Pierwszy izochroniczny cyklotron ciężkich jonów (o liczbie K, charakteryzującej energie przyspieszanych jonów, równej 160) uruchomiony został w ŚLCJ w 1994 roku. Pozwala on na przyspieszanie jonów od 4He do 40Ar o energiach od 2 do 10 MeV na nukleon (10 MeV/A). Przeprowadzane eksperymenty wykonywane są w dziedzinach badań podstawowych z fizyki jądrowej, fizyki atomowej, badań materiałowych, fizyki ciała stałego, biologii. Wiązki przyspieszanych jonów wykorzystywane są również do testów nowych detektorów promieniowania jądrowego, przeznaczonych do pracy przy innych akceleratorach.
Drugi, mniejszy cyklotron (o liczbie K = 16) zainstalowany został w ŚLCJ w drugiej połowie ubiegłego roku. Cyklotron ten przeznaczony jest do produkcji radioizotopów medycznych a w szczególności izotopów dla tomografii pozytonowej (PET- od ang. Positron Emission Tomography).
Technika obrazowania medycznego 3D PET polega na rejestracji procesu anihilacji pozytonu (antycząstki elektronu o ładunku dodatnim) wyemitowanego przez odpowiedni radioizotop (tzw. emiter pozytonowy) z napotkanym swobodnym elektronem. Para elektron-pozyton ulega unicestwieniu a odpowiadająca ich masie energia zostaje zamieniona na dwa przeciwbieżnie (prawie pod kątem 180 stopni) biegnące kwanty gamma, każdy o energii 511 keV. Układ detektorów rozdziela w czasie i przestrzeni emitowane w procesie anihilacji kwanty gamma, pozwalając na odtworzenie miejsca anihilacji. W porównaniu z technikami obrazowania stosującymi radioizotopy emitujące tylko jeden kwant gamma (jak np. bardzo popularny w technikach SPECT czy gamma kamer 99mTc) techniki PET cechują się znacznie większą czułością dzięki autokolimacji dwóch anihilacyjnych kwantów gamma. Najpopularniejsze emitery pozytonowe stosowane w technice tomografii pozytonowej to: 18F, 11C, 13N i 15O. Podstawową trudnością techniki PET są krótkie czasy życia tych izotopów i tak 18F ma czas połowicznego rozpadu T1/2 (czas, po którym połowa wytworzonych atomów ulega rozpadowi) równy 110 min, 11C - 20 min, 13N – 10 min. a 15O – nieco powyżej 2 min.
W diagnostyce PET emitery pozytonowe są stosowane do znakowania różnego rodzaju molekuł (tzw. molekuł - wektorów) selektywnie gromadzonych przez pewne typy komórek organizmów zwierzęcych lub ludzkich. Typowym przykładem może być tu glukoza, preferencyjnie absorbowana przez komórki nowotworowe. Jednym z najbardziej popularnych radiofarmaceutyków tomografii pozytonowej jest analog glukozy, tzw. fluoro-deoxy-glukoza, glukoza, w której jeden atom wodoru zastąpiono przez 18F :
W ŚLCJ, w ramach powstającego Ośrodka Produkcji i Badania Radiofarmaceutyków (OPBR – PET UW) obok omawianego wyżej cyklotronu protonowego zainstalowane zostały urządzenia chemiczne pozwalające na syntezę i dystrybucję radiofarmaceutyków znakowanych fluorem, węglem i tlenem. Ponadto Laboratorium dysponuje szerokim zestawem przyrządów umożliwiających kontrolę jakości (zgodność z normami produkcji ) radiofarmaceutyków wyprodukowanych na tych urządzeniach.
Rysunki poniższe pokazują usytuowanie OPBR w Laboratorium i schemat pomieszczeń Ośrodka.
Schemat parteru budynku Środowiskowego Laboratorium Ciężkich Jonów.
Dolna część rysunku pokazuje cyklotron ciężkich jonów, prowadzenie wiązek cząstek wyprodukowanych w tym cyklotronie oraz urządzenia do wykonywania badań z fizyki jądrowej. Górna część rysunku pokazuje Ośrodek Produkcji i Badania Radiofarmaceutyków (OPBR – PET UW), umieszczony pod ziemią na poziomie -7 m.
(patrz też www.slcj.uw.edu.pl/pet ).
Schemat OPBR – PET UW. Cyklotron PETtrace (GE) przyspieszający protony i deuterony oraz jego urządzenia kontrolne pokazane są po lewej stronie rysunku. Dwa niezależne pomieszczenia produkcji radiofarmaceutyków pokazane są w środku rysunku. (Pierwsze pomieszczenie do rutynowej produkcji radiofarmaceutyku FDG a drugie do innych, w tym innowacyjnych, radiofarmaceutyków). Pomieszczenia Kontroli Jakości pokazane są z prawej strony rysunku.
Obok produkcji radiofarmaceutyków diagnostycznych dla tomografii pozytonowej w Laboratorium prowadzone są prace zmierzające do rozwinięcia radioizotopowych metod terapeutycznych. We współpracy z Instytutem Chemii i Techniki Jądrowej na Żeraniu oraz z Instytutem Fizyki Jądrowej w Krakowie przy pomocy dużego cyklotronu Laboratorium produkuje, na drodze reakcji ( 4He, 2n) izotop 211At. Znakowaniem wybranych substancji chemicznych tym radioizotopem zajmuje się Instytut na Żeraniu. Celem prac jest uzyskanie radiofarmaceutyku wiążącego się z komórkami nowotworowymi, które następnie byłyby niszczone dzięki emisji cząstek alfa z izotopu 211At. Cząstki alfa, dzięki swemu małemu zasięgowi w tkance oraz bardzo dużej zdolności destrukcyjnej, umieszczone w komórce rakowej stają się doskonałym narzędziem do dwuniciowego uszkodzenia DNA komórek nowotworu napotkanych na ich drodze, bez znacznego oddziaływania z komórkami zdrowymi. Te prace są na razie w stadium badawczym .
Obecnie budowa ośrodka produkcji radiofarmaceutyków PET prowadzona przez szereg lat zbliża się ku końcowi. Przekazanie całości inwestycji przez Głównego Wykonawcę (General Electric Medical Systems) nastąpi na początku marca tego roku. Kolejnym etapem działalności będzie rejestracja podstawowego radiofarmaceutyku FDG oraz jego komercjalizacja z ukierunkowaniem na ośrodki dysponujące skanerami PET w Warszawie i niezbyt odległe ośrodki z poza Warszawy. Pod koniec bieżącego roku w części badawczej ośrodka, we współpracy z innymi jednostkami Warszawskiego Konsorcjum Współpracy PET (www.slcj.uw.edu.pl/pet), rozpocznie się długofalowa działalność poszukiwania nowych, innowacyjnych radiofarmaceutyków.
Ośrodek Produkcji i Badania Radiofarmaceutyków w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego został zbudowany dzięki grantom Ministerstwa Nauki i Informatyzacji (obecnie MNiSzW), Ministerstwa Zdrowia, Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej i Europejskim Funduszom Strukturalnym.
Oficjalne otwarcie Ośrodka zaplanowane jest na 15 maja 2012 r. zaś 16 maja 2012 rozpocznie się organizowana z tej okazji przez ŚLCJ UW i Zakład Medycyny Nuklearnej WUM, we współpracy z Międzynarodową Agencją Energii Atomowej z siedzibą w Wiedniu, międzynarodowa konferencja "Positron Emission Tomography in Research and Diagnostics". Serdecznie zapraszamy do uczestnictwa w tej konferencji.
Jerzy Jastrzębski
Część przedstawianego tu tekstu oparta jest na komunikacie umieszczonym w bulletins-electroniques.com, wydawanym przez Ambasadę Francuską w Warszawie, autorstwa M. Bondiou i N. Frichot-Manoury, przy współpracy J. Jastrzębski.
P. też J. Jastrzębski, Radioactive nuclei for medical applications, Acta Phys.Pol. 43 (2012) 193.. L. Krolicki et al. Metoda tomografii pozytonowej w medycynie; umieszczone na stronach
Wydz.V PAN.