Twee radioactieve isotopen van het metaalelement scandium, of Sc, lijken ideaal om te visualiseren, en dan vernietigen, solide tumoren. een barrière, echter, blokkeert het gebruik ervan - het onvermogen om de isotopen snel in bruikbare hoeveelheden te produceren en te zuiveren.

De Universiteit van Alabama in Birmingham, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin en het Argonne National Laboratory in Illinois, hebben een subsidie ​​van het Department of Energy ontvangen om deze productieversperring voor de radioactieve isotopen 43-Sc en 47-Sc op te lossen. 43-Sc heeft een halfwaardetijd van 3,9 uur, dus elke vier uur gaat meer dan de helft van de radioactiviteit verloren. Het moet dezelfde dag nog worden gebruikt in een PET-scan.

43-Sc en 47-Sc zijn een gewild "theranostisch" paar, zegt Suzanne Lapi, doctoraat, directeur van de UAB Cyclotron Facility, professor in de UAB-afdeling Radiologie en leider op de beurs.

Het neologisme "theranostiek" combineert de woorden therapie en diagnostiek. Zowel 43-Sc als 47-Sc - indien beschikbaar - zouden worden gehecht aan een targetingpeptide om ze naar een solide tumor te leiden voor beeldvorming en voor tumoruitroeiing. 43-Sc zou een diagnostische scan mogelijk maken omdat het positronen uitzendt, wat resulteert in gammastraling die uit het lichaam zou reizen voor detectie en groottemeting door een PET-scan. 47-Sc zou de therapie bij de tumor afleveren, door een weefselbeschadigend bètadeeltje uit te zenden.

Het Lapi-lab van de UAB gebruikte het UAB-cyclotron - een sleutelmachine voor de ontwikkeling van geavanceerde kankerdiagnose en -behandeling in het O'Neal Comprehensive Cancer Center van UAB - voor voorbereidend werk over het maken van het theranostische paar.

Ze ontdekten dat protonen, afgevuurd door de deeltjesversneller, gevormde Sc-isotopen bij gebruik van titaniumoxide-doelen. Shaun Liefdeloos, een afgestudeerde student in het Lapi-lab, ontwikkelde ook een zuiveringsschema - doeltitaniumoxide werd opgelost in zuur en ammoniumbifluoride en door een ionenuitwisselingskolom gegoten om Sc van titanium te scheiden.

Omdat natuurlijk titanium een ​​mengsel is van vijf stabiele isotopen, deze voorlopige experimenten leverden geen zuivere 43-Sc en 47-Sc op. Protonenbombardement van natuurlijk titanium produceerde extra, vervuilende Sc-isotopen. De volgende stap zal doelen gebruiken die enkele stabiele isotopen van titanium zijn, geen mengsel.

Onderzoekers aan de UAB, Wisconsin en Argonne hebben een meervoudige productie-inspanning gepland. UAB zal zijn cyclotron van 24 MeV gebruiken om titanium-46- en titanium-50-doelen te bestralen met protonen. Wisconsin zal zijn cyclotron van 16 MeV gebruiken om calciumoxidedoelen te bestralen met deuterondeeltjes, gemaakt van één proton en één neutron. Argonne zal titanium doelen bestralen met gammastraling.

Alle drie de labs zullen samenwerken, op kleine schaal, om de zuivering van 43-Sc en 47-Sc uit de doelmaterialen te perfectioneren.

Lapi zegt dat UAB's expertise op het gebied van targeting en zijn krachtige cyclotron de universiteit hebben geholpen om te strijden voor de $ 390, 000 onderzoeksbeurs. Ze zegt ook dat alle drie de locaties afgestudeerde studenten zullen betrekken bij gezamenlijke training en onderzoek, dat is een doel van het ministerie van Energie om de toekomstige beroepsbevolking voor te bereiden.

De UAB Cyclotron Facility heeft landelijke erkenning. Het produceert zirkonium-89 en andere isotopen voor clinici en onderzoekers van onder meer Stanford University, de Universiteit van Californië, MD Anderson Center in Houston, de Universiteit van Pennsylvania, Yale University en het Memorial Sloan Kettering Cancer Center in New York.

Ook, het UAB-cyclotron maakte deel uit van een verrassende, niet-medische fundamentele wetenschappelijke ontdekking gepubliceerd in het tijdschrift Natuur dit jaar. Lapi en Loveless waren co-auteurs met kernfysici die werkten aan het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië, City University of New York en de University of Missouri om het vermogen te testen van een radioactief zirkonium-88-isotoop - geproduceerd en gezuiverd bij UAB - om neutronen te vangen.

De resultaten waren eye-openend.

Het vermogen van zirkonium 88 om neutronen te vangen was 1 miljoen keer groter dan de theoretisch voorspelde waarde, een gat dat "verrassend groot" wordt genoemd in de titel van het onderzoek. "Dit is de op één na grootste dwarsdoorsnede van het vangen van thermische neutronen ooit gemeten, " schreven de auteurs. "Er is in de afgelopen 70 jaar geen andere dwarsdoorsnede van vergelijkbare grootte ontdekt."