Bài viết Nghiên cứu tách đồng vị phóng xạ 90y từ nguồn 90Sr/90Y bằng kỹ thuật thấm chọn lọc qua màng polytetrafluoroethylene tẩm dung môi PC88A trình bày quá trình điều chế 90Y từ nguồn đồng vị mẹ 90Sr/90Y bằng phương pháp thấm chọn lọc dùng màng PTFE tẩm PC88A, một chất chiết đặc hiệu các nguyên tố đất hiếm.
TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 NGHIÊN CỨU TÁCH ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ 90Y TỪ NGUỒN 90Sr/90Y BẰNG KỸ THUẬT THẤM CHỌN LỌC QUA MÀNG POLYTETRAFLUOROETHYLENE TẨM DUNG MÔI PC88A Nguyễn Thị Thu1, Nguyễn Thị Khánh Giang1, Nguyễn Thị Ngọc1 Bùi Văn Cường1, Đặng Hồ Hồng Quang1, Nguyễn Thanh Bình1 Tóm tắt Mục tiêu: Điều chế kiểm tra chất lượng đồng vị phóng xạ Yttrium-90 (90Y) từ nguồn 90Sr/90Y để sản xuất thuốc phóng xạ gắn 90Y dùng điều trị ung thư Đối tượng phương pháp: 90Y tách khỏi nguồn 90Sr/90Y dùng màng Polytetrafluoroethylene (PTFE) tẩm 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid (PC88A) khảo sát với hoạt độ từ - 100 mCi thời gian tách từ 01 - 12 90Y HNO3 chuyển thành dạng 90Y-acetate phương pháp thấm qua màng PTFE tẩm octyl (phenyl)-N, N-diisobutylcarbamoylmethyl phosphine oxide (CMPO) Đồng vị phóng xạ 90Y kiểm tra độ tinh khiết hạt nhân phương pháp sắc ký giấy phương pháp đo phổ gamma Kết quả: Hiệu suất tách 90Y đạt > 90% hoạt độ 100 mCi thời gian tách từ - 12 Độ tinh khiết hạt nhân 90Y đạt > 99,999% gắn với kháng thể đạt > 98% Kết luận: 90 Y đạt tiêu chất lượng để sử dụng lâm sàng * Từ khóa: 90Yttrium; 90Sr/90Y Generator; 90Y-DOTA-rituximab; Màng lỏng hỗ trợ STUDY ON THE SEPARATION OF 90Y FROM 90Sr/90Y SOURCE USING PC88A IMPREGNATED SELECTIVELY PERMEABLE POLYTETRAFLUOROETHYLENE MEMBRANE TECHNIQUE Summary Objectives: To prepare and quality control of 90Y from 90Sr/90Y source suitable for producing 90Y-labeled radiopharmaceutical agents used in cancer treatment Subjects and methods: 90Y separated from 90Sr/90Y using Polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane impregnated 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid (PC88A) was performed from to 100 mCi radioactivity and from to 12 hours Viện Nghiên cứu hạt nhân Người phản hồi: Nguyễn Thị Thu (ngthithu2014@gmail.com) Ngày nhận bài: 09/9/2022 Ngày chấp nhận đăng: 28/9/2022 http://doi.org/10.56535/jmpm.v47i8.87 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 90 Y in HNO3 was converted to 90Y-acetate using the PTFE impregnated with octyl (phenyl) -N, N- diisobutylcarbamoylmethyl phosphine oxide (CMPO) The collected 90Y was tested for radionuclide purity by paper chromatography and gamma spectrum Results: The 90Y separation yield was more than 90% at 100 mCi, and the separation time was - 12 hours The radionuclide purity was more than 99.999% and radiolabeling with monoclonal antibodies was 98% Conclusion: 90Y has reached requirements for preclinical experiments * Keywords: 90Yttrium; liquid membrane 90 Sr/90Y Generator; ĐẶT VẤN ĐỀ Y đồng vị phóng xạ nhân tạo điều chế vào năm 1937 lò phản ứng hạt nhân bắn bia 89 Y dòng neutron lượng cao Phản ứng hạt nhân 89Y(n,γ)90Y [1] Việc điều chế 90Y cách gặp nhiều thách thức tiết diện bắt neutron 89Y thấp (0,001 barn) [2] Ngày nay, 90Y điều chế từ nguồn 90Sr/90Y - sản phẩm phản ứng phân hạch 235U 90 Các phương pháp phát triển để tách 90Y từ nguồn 90Sr/90Y chiết, kết tủa, trao đổi ion, sắc ký chiết điện hóa Hiện nay, 34 đồng vị phóng xạ yttri từ 76Y - 109Y tổng hợp Ba số đó, đồng vị phóng xạ 86Y, 87Y 88Y ứng dụng chụp cắt lớp vi tính phát xạ Positron (Positron Emission Tomography - PET) Đặc biệt, 90Y nhân phóng xạ dùng 90 Y-DOTA-rituximab; Supported để đánh dấu với peptid kháng thể cho điều trị đích bệnh ung thư 90Y sử dụng hiệu nhờ tính chất trội thời gian bán rã 64 giờ, phát tia beta (β-) với lượng cao 2,3 MeV đâm xuyên mô 11 mm tương ứng khoảng 600 tế bào Vì vậy, đồng vị nghiên cứu ứng dụng rộng rãi lĩnh vực Y học hạt nhân Đồng vị sử dụng để đánh dấu với kháng thể, protein nhiều hợp chất khác dùng cho chẩn đoán điều trị nhiều bệnh ung thư khác Ví dụ: Hạt vi cầu 90Y điều trị ung thư gan, 90YDOTATOC điều trị ung thư nguyên bào thần kinh, 90Y-Citrate điều trị ung thư tuyến tiền liệt di xương, 90YCetuximab/90Y-Nimotuzumab điều trị ung thư đầu cổ, 90Y-3p-C-NETAtrastuzumab điều trị ung thư vú, 90YRituximab điều trị ung thư lympho bào B không Hodgkin nhiều sản phẩm khác giai đoạn nghiên cứu tiền lâm sàng [3] TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 Để sử dụng điều trị lâm sàng, hai đồng vị 90Sr 90Y cần phải tách khỏi từ nguồn 90Sr/90Y, 90Sr có tác động tương tự canxi thể, hấp thu xương, gây ảnh hưởng tới sức khỏe người bệnh bạch cầu ung thư xương Giới hạn hàm lượng 90Sr sản phẩm 90Y < 20 ppm (2.10-3 % tương đương µCi) Độ tinh khiết nhân phóng xạ 90Y > 99,998% Phương pháp tách ion có từ năm 1950 dựa nguyên tắc trao đổi ion [1] Năm 2009, tài liệu báo cáo số 470 Nguyên tử quốc tế [4] trình bày chi tiết số phương pháp tách kiểm tra chất lượng 90Y từ 90Sr/90Y Nghiên cứu này: Trình bày trình điều chế 90Y từ nguồn đồng vị mẹ 90Sr/90Y phương pháp thấm chọn lọc dùng màng PTFE tẩm PC88A, chất chiết đặc hiệu nguyên tố đất Kiểm tra chất lượng đồng vị phóng xạ 90Y thử đánh dấu kháng thể đơn dịng Rituximab ĐỐI TƯỢNG, NGUN LIỆU, HĨA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng, nguyên liệu, hóa chất nghiên cứu * Nguyên vật liệu: 90Sr/90Y dạng dung dịch 90Sr(NO3)2 3,7 GBq/1,5 M HNO3, độ tinh khiết hạt nhân > 99,9 %, hoạt độ riêng > 50 Ci/g, cung cấp từ Hãng IDB Holland; 2-ethyl hexyl phosphoric acid mono-2-ethyl hexyl ester (PC88A) Hãng Daihachi, Nhật; Octyl(phenyl)-N,Ndiisobutylcarbamoylmethyl phosphine oxide (CMPO) Mỹ; Màng PTFE 0,45 µm (Hãng MERCK) Nghiên cứu thực Viện Nghiên cứu hạt nhân Phương pháp nghiên cứu * Phương pháp điều chế 90Y: Áp dụng phương pháp màng lỏng hỗ trợ (Supported Liquid Membrane - SLM) [2, 5], màng PTFE tẩm PC88A (12 giờ) đặt buồng tách thủy tinh hai ngăn tích - mL Q trình tách 90Y khảo sát cách cho nguồn mẹ 90Sr/90Y mL dung dịch HNO3 0,1 M với hoạt độ phóng xạ 5, 10, 20, 50, 100 mCi, thời gian tách 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 12 90Y thu dung dịch HNO3 M Để chuyển 90Y dung dịch HNO3 M thành dạng 90Yacetate, dùng buồng tách ngăn màng PTFE tẩm CMPO Quá trình chuyển thành 90Y-acetate khảo sát cách cho mL 90Y HNO3 M với hoạt độ phóng xạ 20, 50 80 mCi, thời gian tách 1, 2, 3, 4, 90Y thu dung dịch CH3COOH M Cách tính hiệu suất tách 90Y (%): 90 Y % = (At/A0) × 100 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 Trong At hoạt độ phóng xạ (mCi) 90Y thời điểm thu A0 hoạt độ phóng xạ (mCi) nguồn 90 Sr/90Y nguồn cung cấp * Phương pháp kiểm chuẩn chất lượng 90Y: Độ tinh khiết hạt nhân 90 Y kiểm tra phương pháp sắc ký chiết giấy EPC (Extraction Paper Chromatography), giấy sắc ký Whatman 1, xử lý PC88A, triển khai dung dịch NaCl 0,9%, đo độ nhiễm bẩn gamma phương pháp đo phổ gamma, dùng phổ kế gamma * Gắn DOTA-rituximab với 90Y: Dùng chất tạo phức trung gian pSCNBn-DOTA (2,4-isothiocyanatobenzyl)- 1,4,7,10-tetraazacyclododecan1,4,7,10 tetra-acetic acid) để gắn với kháng thể đơn dòng rituximab theo tỷ lệ mol 25:1, nhiệt độ 370C, thời gian 15 giờ, pH = 8,5 đệm carbonate 0,2 M Phức tinh chế xác định hàm lượng, đơng khơ Sau đó, 100 µg DOTArituximab đánh dấu với đồng vị phóng xạ 90Y-acetate (37 MBq) điều kiện môi trường acetate, pH = 6, ủ 370C 60 phút Phức miễn dịch kiểm tra chất lượng kỹ thuật Tec-Control Chromatography (TCC) * Xử lý số liệu: Bằng phần mềm Prism 8.4.3 tính độ tinh khiết hóa phóng xạ phần mềm OptiQuant 5.0 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hiệu suất tách 90Y (%) Kết điều chế 90Y Từ nguồn mẹ 90Sr/90Y (chứa dung dịch 90Sr(NO3)2), đồng vị phóng xạ 90 Y khảo sát tách theo thời gian thu 90Y với hoạt độ cao khoảng thời gian tách từ trở (Hình 1) Thời gian (giờ) Hình 1: Hiệu suất tách 90Y từ nguồn 90Sr/90Y hoạt độ 5, 10, 20, 50, 100 mCi (n = 3) TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 Để chuyển 90Y thu dung dịch HNO3 M thành dạng 90Y-acetate dễ đánh dấu với chất peptid kháng thể dùng điều trị, sử dụng màng PTFE tẩm CMPO đặt buồng tách hai ngăn Kết đo cho thấy khoảng thời gian từ đến giờ, 90Y qua màng với hiệu suất cao 90,3 - 94,9% (lô 20 mCi), 89,8 - 94,1 (lô 50 mCi) 88,3 - 93,5% (lô 80 mCi) Như vậy, thời gian chọn để lấy sản phẩm từ (Hình 2) Hiệu suất điều chế 90Y-acetate (%) Kết tách 90Y từ mCi 90Sr/90Y thời điểm 1, 2, 3, 4, 5, giờ, hiệu suất tách tăng dần từ 2,5 - 62,5%, sau thời gian từ - 12 giờ, có gia tăng chậm 90Y qua màng (62,5 - 71%) Tương tự, tách 10 mCi 20 mCi từ 90 Sr/90Y, sau giờ, hiệu suất đạt khoảng 70,6 - 78,9% 80,1 - 90,2% Tách 50 mCi 100 mCi 90Sr/90Y, sau giờ, hiệu suất đạt 80,5 - 91,4% 90,3 - 94% Nhìn chung, hiệu suất trung bình tách 90 Y qua màng thời điểm 12 76,8 ± 10,6% 85,1 ± 9,7% Thời gian (giờ) Hình 2: Hiệu suất điều chế 90Y-acetate hoạt độ 20, 50, 80 mCi (n = 3) Hiệu suất trung bình điều chế 90Y-acetate thời điểm 89,5 ± 1,0% 94,1 ± 0,7% Kết kiểm tra chất lượng * Kết kiểm tra độ tinh khiết hạt nhân 90Y: Mẫu 90Y sau điều chế kiểm tra chất lượng độ tinh khiết hạt nhân kỹ thuật EPC Đồng vị phóng xạ 90Y3+ băng sắc ký nằm vết PC88A mà khơng di chuyển khỏi vị trí gắn (Hình 3) TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QN SỰ SỐ - 2022 Hình 3: Độ tinh khiết hạt nhân phóng xạ 90Y, kỹ thuật EPC, máy phóng xạ tự chụp, Cyclone Kết cho thấy 90Y3+ lưu điểm gốc, 90Sr2+ di chuyển tuyến dung môi, độ tinh khiết hạt nhân 90Y đạt > 99,999% Có thể PC88A acid yếu, phân tử có mang nhóm hữu cơ, mạch dài, nên mức độ phân cực O H giảm hiệu ứng đẩy điện tử (hiệu ứng cảm ứng dương +I), H+ khó bị tách Phân tử PC88A tạo phức đặc hiệu với 90Y3+ phản ứng sau: Y3+ sau thấm qua màng vào môi trường HNO3 M theo thời gian Tương tự, CMPO cho phép 90Y3+ dịch chuyển qua màng tạo thành 90Y-acetate môi trường acid acetic M [2, 3, 5] 90 * Kết kiểm tra độ gamma 90Sr/90Y: Các đồng vị phóng xạ 90Sr 90 Y không phát tia gamma, để kiểm sốt độ bẩn gamma mẫu hay nói cách khác độ gamma, xác định phương pháp đo phổ gamma hệ phổ kế gamma (Hình 4) 10 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 Hình 4: Phổ gamma 90Sr/90Y, phổ kế gamma Canberra, Genie-2000, A: 90Sr, B: 90Y Đồng vị phóng xạ 90Y tách từ đồng vị mẹ 90Sr Giới hạn độ gamma tổng số sản phẩm không 0,002% (ngoại trừ xạ Bremsstrahlung) [7] Hệ phổ kế gamma sử dụng có đầu dị bán dẫn germanium siêu tinh khiết với nguồn chuẩn 60Co phát tia xạ với lượng 1322 KeV độ phân giải 1,8 keV Phổ thu với hệ phân tích đa kênh phần mềm điều khiển Genie 2000, Hãng Canberra Kết đo phổ cho thấy90Sr/90Y không nhiễm bẩn với đồng vị phóng xạ phát tia gamma * Kết đánh dấu 90Y với DOTA-rituximab: Hiệu suất đánh dấu độ tinh khiết hóa phóng xạ 90Y-DOTA-rituximab đạt 98%, băng sắc ký, phức miễn dịch phóng xạ 90Y-DOTA-rituximab nằm vị trí Rf = 0,1 90 Y-DTPA di chuyển lên trên, Rf = 0,9 (Hình 5) Hình 5: Độ tinh khiết hố phóng xạ 90Y-DOTA-rituximab, TCC 0,5 x 58 mm, NaCl 0,9%, chụp băng sắc ký máy phóng xạ tự chụp Cyclone Phức miễn dịch 90Y-DOTA-rituximab bền sau đánh dấu phóng xạ đến ngày, ổn định nước muối sinh lý 0,9% sau đánh dấu bảo quản 11 TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 BÀN LUẬN Điều chế 90Y từ 90Sr/90Y dùng điều trị bệnh phương pháp tách chọn lọc qua màng thấm chất chiết đặc hiệu PC88A chiến lược lâu dài nguồn 90Sr/90Y có thời gian bán rã 28 năm, tách chiết nhiều lần giá thành lại rẻ 90Sr/90Y thu từ chất thải hạt nhân Các phương pháp điều chế 90Y từ chiếu xạ bia 89Y, yttri dạng oxide lò phản ứng nhiều nhược điểm, hoạt tính riêng (specific activity) thấp nên nhiều hạn chế dùng khám chữa bệnh cho người độc tính kim loại cao [2] Theo Chakravarty CS, chiếu xạ neutron bia 90Zr (độ làm giàu 100%) với phản ứng hạt nhân 90Zr(n,p)90Y thông lượng 7,5 × 1013 n/cm2/s vừa khó vừa đắt [7] Như trình bày trên, phương pháp tách 90Y chọn lọc qua màng SLM có nhiều ưu điểm dễ, rẻ, tốn khơng gian, lượng tiêu thụ ít, thải ít, khơng cần phải tách đoạn, khơng bị acid ăn mòn nhiễm tác nhân chiết phương pháp kết tủa hay chiết dung môi, không bị nguy 90 Sr qua bị phá hủy xạ phương pháp sắc ký trao đổi ion [2] Đặc biệt, PC88A tác nhân tạo phức đặc hiệu với ion 90Y3+ nên dùng để tách 90Y khỏi 90Sr với tính chọn lọc cao, dựa vào khác biệt bán kính nguyên tử ion stronti (215 pm) ion yttri (180 pm), tính đặc hiệu 90 Sr-PC88A 90Y-PC88A dung 12 dịch HNO3 lỗng khơng giống nhau, ion 90Y3+ dịch chuyển qua màng vào môi trường HNO3 M dễ dàng so với 90Sr2+ Đáng ý, nghiên cứu tách chọn lọc qua màng tương tự Naik CS dùng chất chiết D2EHPA, Chakravarty CS dùng KSM-17 thu 90Y với độ tinh khiết hạt nhân cao, độ nhiễm bẩn 90Sr dung dịch 90Y < 0,001% [2, 6] Hơn nữa, kết tạo dạng 90Yacetate với nhiều thuận lợi: Hiệu suất tách 90% kim loại nặng sản phẩm mức cho phép [5, 7], dễ dàng đánh dấu với phân tử sinh học để sử dụng điều trị lâm sàng mà không cần phải ủ với đệm acetate 0,5 M 90YCl3 [5, 6] Để chứng minh khả đánh dấu 90Y-acetate điều chế được, chọn rituximab (để điều trị ung thư lympho bào B khơng Hodgkin) nghiên cứu trước [6] cho thấy n-benzyl-DOTA-rituximab đánh dấu với 90Y với hiệu suất gắn cao ổn định in vitro Tỷ lệ mol kháng thể với DOTA 25:1 (~9 nhóm DOTA phân tử kháng thể) tạo nhiều 90 Y gắn với kháng thể Đáng ý, với n-benzyl-DOTA-rituximab điều chế sẵn với kháng thể đơn dòng khác, điều chế thuốc miễn dịch phóng xạ gắn 90Y cách dễ dàng, thao tác bơm 90Y vào chai kháng thể giống cách thực với kit TẠP CHÍ Y DƯỢC HỌC QUÂN SỰ SỐ - 2022 đánh dấu 99mTc phổ biến Hơn nữa, 90Y-acetate điều chế Khoa Y học Hạt nhân thuận tiện cho sử dụng khám chữa bệnh thường quy KẾT LUẬN 90 Y tách từ nguồn 90Sr/90Y thực đơn giản kỹ thuật thấm chọn lọc qua màng tẩm PC88A Độ tinh khiết hạt nhân 90Y < µCi 90Sr/100 mCi 90Y đạt tiêu chuẩn chất lượng dùng nghiên cứu tiền lâm sàng 90Y-acetate đánh dấu với kháng thể dễ dàng tạo nên phức miễn dịch phóng xạ ổn định Áp dụng kỹ thuật này, điều chế lượng 90Y đạt tới hoạt độ 100 mCi, chí cao Ci 90Y Với lượng đủ lớn vậy, phương pháp có tính khả thi cao, đáp ứng nhu cầu cấp thiết khám chữa bệnh nước TÀI LIỆU THAM KHẢO Ben J.T., Graeme J S., Simon B D., Goran A (2020) The use of yttrium in medical imaging and therapy: Historical background and future perspectives Chem Soc Rev; 49:6169-6185 Ramanujam A., Achuthan P.V., Dhami P.S., et al (2001) Separation of carrier-free 90Y from high level waste by supported liquid membrane using KSM-17 J Radioanal Nucl Chem; 247:1:185-191 Naik P.W., Jagasia P., Dhami P.S., Achuthan P.V., Tripathi S.C., Munshi S.K., Dey P.K., Meera Venkatesh (2010) Separation of carrier-free 90Y from 90Sr by SLM Technique using D2EHPA in N-Dodecane as carrier SeparatSci and Tech; 45:554-561 IAEA, Therapeutic Radionuclide Generators: 90Sr/90Y and 188W/186Re Generators Technical Series Number 470 Arpit Mitra, Avik Chakraborty, Sujay Gaikwad, Megha Tawate, Sharmila Banerjee, et al (2021) On the Separation of Yttrium-90 from High-Level Liquid Waste: Purification to Clinical-Grade Radiochemical Precursor, Clinical Translation in Formulation of 90YDOTATATE Patient Dose Cancer Biother Radioph; 36 (2) Nazila Gholipour, Amir Reza Jalilian, Ali Khalaj, et al (2014) Preparation and radiolabeling of a lyophilized (kit) formulation of DOTA-rituximab with 90Y and 111In for domestic radioimmunotherapy and radioscintigraphy of Non-Hodgkin’s Lymphoma DARU J Pharm Sci; 22:58 Chakravarty R., Dash A., Pillai M.R.A (2012) Availability of Yttrium-90 from Strontium-90: A Nuclear Medicine Perspective Cancer Biother and Radiophs; 27(10), 621-641 13 ... số phương pháp tách kiểm tra chất lượng 90Y từ 90Sr /90Y Nghiên cứu này: Trình bày trình điều chế 90Y từ nguồn đồng vị mẹ 90Sr /90Y phương pháp thấm chọn lọc dùng màng PTFE tẩm PC88A, chất chiết... 90 Y tách từ nguồn 90Sr /90Y thực đơn giản kỹ thuật thấm chọn lọc qua màng tẩm PC88A Độ tinh khiết hạt nhân 90Y < µCi 90Sr/100 mCi 90Y đạt tiêu chuẩn chất lượng dùng nghiên cứu tiền lâm sàng 90Y- acetate... khiết hóa phóng xạ phần mềm OptiQuant 5.0 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hiệu suất tách 90Y (%) Kết điều chế 90Y Từ nguồn mẹ 90Sr /90Y (chứa dung dịch 90Sr(NO3)2), đồng vị phóng xạ 90 Y khảo sát tách theo