Udfordringen:Lav og rens en medicinsk isotop, der skal bruges samme dag

To radioaktive isotoper af metalelementet scandium, eller Sc, synes at være ideelle til visualisering, og derefter ødelægge, solide tumorer. En barriere, imidlertid, blokerer deres anvendelse - manglende evne til hurtigt at producere og rense isotoper i nyttige mængder.

University of Alabama i Birmingham, sammen med forskere ved University of Wisconsin og Argonne National Laboratory i Illinois, har modtaget et Department of Energy-tilskud til at løse denne produktionsvejspærring for de radioaktive isotoper 43-Sc og 47-Sc. 43-Sc har en halveringstid på 3,9 timer, så hver fjerde time går mere end halvdelen af ​​radioaktiviteten tabt. Det skal bruges i en PET -scanning samme dag, som det laves.

43-Sc og 47-Sc er et eftertragtet "theranostisk" par, siger Suzanne Lapi, Ph.d., direktør for UAB Cyclotron Facility, professor i UAB Radiologisk afdeling og leder om tilskuddet.

Neologismen "theranostics" kombinerer ordene terapi og diagnostik. Både 43-Sc og 47-Sc-hvis de er tilgængelige-ville blive knyttet til et målrettet peptid for at guide dem til en solid tumor til billeddannelse og til tumorudryddelse. 43-Sc ville muliggøre en diagnostisk scanning, fordi den udsender positroner, hvilket resulterer i gammastråling, der ville rejse ud af kroppen til detektion og størrelsesmåling ved en PET-scanning. 47-Sc ville levere terapien ved tumoren, ved at udsende en vævsskadelig beta-partikel.

Lapi -laboratoriet ved UAB brugte UAB cyclotron - en nøglemaskine til udvikling af avanceret kræftdiagnose og behandling på O'Neal Comprehensive Cancer Center ved UAB - til indledende arbejde med, hvordan man fremstiller det theranostiske par.

De fandt ud af, at protoner, affyret fra partikelacceleratoren, dannede Sc -isotoper ved anvendelse af titaniumoxidmål. Shaun Loveless, en kandidatstuderende i Lapi -laboratoriet, udviklede også en rensningsplan - mål -titaniumoxid blev opløst i syre og ammoniumbifluorid og hældt gennem en ionbytterkolonne for at adskille Sc fra titanium.

Fordi naturligt titanium er en blanding af fem stabile isotoper, disse indledende forsøg gav ikke rene 43-Sc og 47-Sc. Protonbombardement af naturligt titanium producerede yderligere, forurenende Sc -isotoper. Det næste trin vil bruge mål, der er enkeltstabile isotoper af titanium, ikke en blanding.

Forskere på UAB, Wisconsin og Argonne har planlagt en flerstrenget produktionsindsats. UAB vil bruge sine 24 MeV cyclotron til at bestråle titanium-46 og titanium-50 mål med protoner. Wisconsin vil bruge sine 16 MeV cyclotron til at bestråle calciumoxidmål med deuteronpartikler, lavet af en proton og en neutron. Argonne vil bestråle titanium -mål med gammastråler.

Alle tre laboratorier vil arbejde sammen, i små skalaer, for at perfektere rensningen af ​​43-Sc og 47-Sc fra målmaterialerne.

Lapi siger, at UABs målretningskompetence og dens kraftfulde cyclotron hjalp universitetet med at konkurrere om $ 390, 000 forskningsbevillinger. Hun siger også, at alle tre websteder vil involvere kandidatstuderende i samarbejdestræning og forskning, som er et mål for Energiministeriet for at forberede den fremtidige arbejdsstyrke.

UAB Cyclotron Facility har national anerkendelse. Det producerer zirconium-89 og andre isotoper til klinikere og forskere på institutioner, der omfatter Stanford University, University of California, MD Anderson Center i Houston, University of Pennsylvania, Yale University og Memorial Sloan Kettering Cancer Center i New York.

Også, UAB cyclotron var en del af en overraskende, ikke -medicinsk grundvidenskabelig opdagelse offentliggjort i tidsskriftet Natur dette år. Lapi og Loveless var medforfattere med atomfysikere, der arbejdede på Lawrence Livermore National Laboratory i Californien, City University of New York og University of Missouri for at teste evnen af ​​en radioaktiv zirconium-88 isotop-produceret og renset ved UAB-til at fange neutroner.

Resultaterne var øjenåbnende.

Zirconium 88's evne til at fange neutroner var 1 million gange større end den teoretisk forudsagte værdi, et hul kaldet "overraskende stort" i undersøgelsens titel. "Dette er det næststørste termiske neutronfangstværsnit, der nogensinde er målt, "skrev forfatterne." Intet andet tværsnit af lignende størrelse er blevet opdaget i de sidste 70 år. "