In een recente studie, Onderzoekers van de Texas A&M University hebben een nieuw proces beschreven om astatine-211 te zuiveren, een veelbelovende radioactieve isotoop voor gerichte kankerbehandeling. In tegenstelling tot andere uitgebreide zuiveringsmethoden, hun techniek kan astatine-211 uit bismut halen in minuten in plaats van uren, waardoor de tijd tussen productie en levering aan de patiënt aanzienlijk kan worden verkort.

"Astatine-211 wordt momenteel geëvalueerd als kankertherapeutisch middel in klinische onderzoeken. Maar het probleem is dat de toeleveringsketen voor dit element zeer beperkt is omdat slechts een paar plaatsen wereldwijd het kunnen halen, " zei dr. Jonathan Burns, onderzoekswetenschapper in het Nuclear Engineering and Science Center van het Texas A&M Engineering Experiment Station. "Texas A&M University is een van de weinige plaatsen in de wereld die astatine-211 kan maken, en we hebben een snel astatine-211-scheidingsproces uitgestippeld dat de bruikbare hoeveelheid van deze isotoop voor onderzoek en therapeutische doeleinden verhoogt."

De onderzoekers voegden eraan toe dat deze scheidingsmethode Texas A&M een stap dichter bij de mogelijkheid zal brengen om astatine-211 te leveren voor distributie via het National Isotope Development Center van het Department of Energy's Isotope Program als onderdeel van het University Isotope Network.

Details over de chemische reactie om astatine-211 te zuiveren in het tijdschrift Scheidings- en zuiveringstechnologie.

Astatine is een van de minst voorkomende elementen op aarde. Verder, het is van korte duur, snel radioactief verval ondergaan door positief geladen alfadeeltjes vrij te geven om nucleaire stabiliteit te bereiken. Vandaar, astatine, in het bijzonder zijn isotoop astatine-211, een aantrekkelijke kandidaat is voor een vorm van bestralingstherapie voor de behandeling van kanker, gerichte alfadeeltjestherapie genoemd.

In tegenstelling tot andere vormen van straling die dieper in het lichaam kunnen doordringen, schade aan zowel gezond als kankerweefsel, alfadeeltjes reizen een korte afstand af en verliezen hun energie. Dus, wanneer astatine-211 zich in of nabij kankerweefsel bevindt, de uitgestoten alfadeeltjes reizen diep genoeg om de kankercellen te vernietigen, maar laten gezond weefsel minimaal beschadigd. Ook, de korte halfwaardetijd van astatine-211, of de tijd die nodig is om de helft van zijn atoomkernen te laten vervallen, betekent dat het snel zijn radioactiviteit verliest en minder toxisch is dan andere radiofarmaca met een lange levensduur.

Burns merkte echter op dat de halfwaardetijd van astatine een tweesnijdend zwaard is. Aangezien het element een zeer lage natuurlijke abundantie heeft, astatine-211 wordt kunstmatig gemaakt door bismut te bombarderen met snelle alfadeeltjes. Eenmaal gemaakt, astatine-211 begint onmiddellijk te vervallen, hij zei, het starten van de klok over hoe lang het zal duren.

"Elke 7,2 uur, de helft van het geproduceerde astatine-211 vervalt en is niet langer bruikbaar voor behandeling, "zei Burns. "Dus, de tijd die nodig is vanaf het moment dat het wordt geproduceerd tot het moment waarop het in de patiënt kan gaan, wordt erg kritiek. Als een zuiveringsproces 4 uur duurt, bijvoorbeeld, dat betekent dat het ongeveer de helft van de halfwaardetijd van astatine is; je bent een derde van het materiaal dat je hebt gemaakt verloren."

In een poging om het zuiveringsproces te vereenvoudigen, Burns en zijn collega's probeerden salpeterzuur te gebruiken om de astatine-211 uit bismut te extraheren. Voor hun experimenten, ze vulden een chromatografiekolom die vaak wordt gebruikt voor het scheiden van mengsels met kleine poreuze kralen doordrenkt met organische chemicaliën die ketonen worden genoemd.

Volgende, de onderzoekers maakten astatine-211 door bismut te bombarderen met alfadeeltjes aan het Texas A&M University Cyclotron Institute. Vervolgens losten ze het bismut op in salpeterzuur. Toen ze deze oplossing door de chromatografiekolom voerden, de onderzoekers ontdekten dat alleen astatine-211 een chemische binding aanging met de ketonen. Verder, aangezien de ketonen hydrofoob zijn, ze werden afgestoten van salpeterzuur, aan de kralen blijven plakken. Het netto-effect was dat bismut door de kolom ging, terwijl pure astatine-211 verzameld bleef in de kralen.

Deze procedure, vonden de onderzoekers, duurt ongeveer 10 tot 20 minuten, in tegenstelling tot andere astatinezuiveringsprocessen die uren kunnen duren.

Hoewel een cyclotron nodig is voor de productie van astatine-211 van medische kwaliteit, Burns zei dat veel ziekenhuizen al zijn uitgerust met een machine voor het produceren van andere chemicaliën. zoals fluorodeoxyglucose F 18 dat nodig is voor positronemissietomografie. Maar zelfs voor ziekenhuizen die mogelijk afhankelijk zijn van astatine-211-levering vanaf een externe locatie, de korte zuiveringsprocedure biedt meer tijd voor transport.

"Texas A&M-universiteit, bijvoorbeeld, bevindt zich op een heel mooie geografische locatie, we zitten precies in het midden van vijf van de 20 grootste steden in Amerika en we zijn vlak naast een van de grote kankercentra in de Verenigde Staten, "zei Burns. "We streven ernaar om te produceren, zuiveren, en verzend astatine in batches die groot genoeg zijn voor preklinische en klinische proeven. We zijn er nog niet, maar we hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt door deze elegante scheidingstechniek."

Andere bijdragen aan het onderzoek zijn onder meer Dr. Evgeny Tereshatov, Geoffrey Avila, Kevin Glenn, Andreas Hannaman, Kylie Lofton, Laura McCann, Mallory McCarthy, Dr. Lauren McIntosh, Steven Schultz, Dr. Gabriël Tabacaru, Amy Vonder Haar en Dr. Sherry Yennello van het Cyclotron Institute in Texas A&M.

Het onderzoek wordt gefinancierd door het United States Department of Energy Isotope Program, beheerd door het Office of Science, Texas A&M University via de Bright Chair in Nuclear Science, Het Texas A&M System National Laboratories Office, en het Amerikaanse ministerie van Energie.