Nghiên cứu tách đồng vị phóng xạ 90y từ dung dịch 90sr(no3)2 bằng kỹ thuật thấm chọn lọc qua màng polytetrafluoroethylene tẩm dung môi pc88a

Tiểu ban D1 Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong y tế Section D1 Application of nuclear techniques in healthcare 336 NGHIÊN CỨU TÁCH ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ 90Y TỪ DUNG DỊCH 90Sr(NO3)2 BẰNG KỸ THUẬT THẤM CHỌN LỌ[.]

Tiểu ban D1: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân y tế Section D1: Application of nuclear techniques in healthcare NGHIÊN CỨU TÁCH ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ 90Y TỪ DUNG DỊCH 90Sr(NO3)2 BẰNG KỸ THUẬT THẤM CHỌN LỌC QUA MÀNG POLYTETRAFLUOROETHYLENE TẨM DUNG MÔI PC88A STUDY ON THE SEPARATION OF 90Y FROM 90SR(NO3)2 USING PC88A IMPREGNATED SELECTIVELY PERMEABLE POLYTETRAFLUOROETHYLENE MEMBRANE TECHNIQUE NGUYỄN THỊ THU, NGUYỄN THỊ NGỌC, NGUYỄN THỊ KHÁNH GIANG, BÙI VĂN CƯỜNG, ĐẶNG HỒ HỒNG QUANG, NGUYỄN THANH BÌNH Viện Nghiên cứu hạt nhân, 01 Nguyên Tử Lực, phường 8, Thành phố Đà Lạt Email: ngthithu2014@gmail.com Tóm tắt: Điều chế đồng vị phóng xạ 90Y để sử dụng khám chữa bệnh vấn đề quan tâm lớn y học hạt nhân 90 Y sử dụng hiệu điều trị Nghiên cứu thực trình tách 90Y từ nguồn đồng vị phóng xạ 90Sr nitrate phương pháp thấm chọn lọc dùng màng Polytetrafluoroethylene (PTFE) tẩm 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid (PC88A) Quá trình tách khảo sát hoạt độ từ đến 100 mCi thời gian tách từ đến 12 90 Y HNO3 chuyển thành dạng 90Y-acetate phương pháp thấm qua màng PTFE tẩm octyl (phenyl)-N, Ndiisobutylcarbamoylmethyl 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 Hiệu suất tách 90Y đạt 90 % hoạt độ 100 mCi thời gian tách từ đến 12 Độ tinh khiết hạt nhân 90Y đạt 99,999 % gắn với kháng thể đạt 98 % 90Y đạt tiêu chất lượng để sử dụng lâm sàng Từ khoá: 90Yttrium, 90Sr/90Y Generator, 90Y-DOTA-rituximab, Supported Liquid Membrane Abstract: The preparation of 90Y which is used in clinical studies was interesting in nuclear medicine by the efficacy of radionuclides for clinical therapeutic applications The study was carried out to separate 90Y from 90Sr source using a perstraction method with 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid impregnated onpolytetrafluoroethylene membrane The separation optimization was performed from to 100 mCi radioactivity and from to 12 hours 90Y in HNO3 can be converted to 90Y-acetate using the PTFE impregnated with octyl (phenyl) -N, N- diisobutylcarbamoylmethyl phosphine oxide (CMPO) The collected 90Y were tested for radionuclide purity by paper chromatography and gamma spectrum The 90Y separation yield was more than 90 % at 100 mCi and separation time was – 12 hours The radionuclide purity was more than 99.999 % and radiolabeling with monoclonal antibody was 98 % 90Y has reached requirements for clinical use Keyword: 90Yttrium, 90Sr/90Y Generator, 90Y-DOTA-rituximab, Supported Liquid Membrane MỞ ĐẦU Y đồng vị phóng xạ nhân tạo điều chế vào năm 1937 lò phản ứng hạt nhân bắn bia 89Y dòng nơtron lượng cao Phản ứng hạt nhân 89Y(n,γ)90Y [1] Việc điều chế 90Y cách nhiều thách thức tiết diện bắt neutron 89Y thấp (0,001 barn) [2] Ngày nay, 90Y điều chế từ 90Sr, sản phẩm phản ứng phân hạch 235U 90 Các phương pháp phát triển để tách 90Y từ đồng vị mẹ 90Sr chiết, kết tủa, trao đổi ion, sắc ký chiết điện hóa… Hiện nay, 34 đồng vị phóng xạ yttri từ 76Y đến 109Y tổng hợp Ba số đó, đồng vị phóng xạ 86Y, 87Y 88Y ứng dụng chụp hình Positron Emission Tomography Đặc biệt 90Y, nhân phóng xạ dùng để đánh dấu với peptid kháng thể cho điều trị đích bệnh ung thư 90Y sử dụng hiệu nhờ tính chất chuộng 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 Chính 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 với 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, 90Y-DOTATOC điều trị ung thư nguyên bào thần kinh, 90Y-Citrate điều trị ung thư tuyến tiền liệt di xương, 90Y-Cetuximab/90Y-Nimotuzumab điều trị ung thư đầu cổ, 90Y-3p-C-NETA-trastuzumab điều trị ung thư vú, 90Y-Rituximab điều trị ung thư lympho bào B không Hodgkin nhiều sản phẩm khác giai đoạn nghiên cứu tiền lâm sàng [3] 336 Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 Để sử dụng điều trị lâm sàng, hai đồng vị 90Sr 90Y cần phải tách khỏi nhau, Sr có tác động tương tự canxi thể, định vị xương, gây ảnh hưởng tới sức khỏe cho 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 kỹ thuật số 470 Nguyên tử quốc tế [4] trình bày chi tiết số phương pháp tách kiểm tra chất lượng 90Y từ generator 90Sr Báo cáo trình bày trình điều chế 90Y từ nguồn đồng vị mẹ 90Sr 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 dòng Rituximab 90 NỘI DUNG 2.1 Đối tượng phương pháp Nguyên vật liệu: Dung dịch 90Sr(NO3)23,7 GBq/1,5 M HNO3, độ tinh khiết hạt nhân > 99,9 %, Hoạt độ riêng > 50 Ci/g, hãng IDB Holland; 2-ethyl hexyl phosphoric acid mono-2-ethyl hexyl ester (PC88A) hãng Daihachi, Nhật; Octyl(phenyl)-N,N-diisobutylcarbamoylmethyl phosphine oxide (CMPO) Mỹ; Màng PTFE 0,45 m hãng MERCK Phương pháp điều chế 90Y:Áp dụng phương pháp màng lỏng hỗ trợ - Supported Liquid Mambrane (SLM) [2,5], màng PTFE tẩm PC88A (12 giờ) đặt buồng tách hai ngăn tích - ml Q trình tách 90Y khảo sát cách cho nguồn mẹ 90Sr 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 90Y-acetate, dùng buồng tách ngăn màng PTFE tẩm CMPO Quá trình chuyển thành 90Y-acetate khảo sát cách cho ml 90 Y 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 tách90Y (%): 90 Y % = (At/A0) × 100 Trong At hoạt độ phóng xạ (mCi) 90Y thời điểm thu A0 hoạt độ phóng xạ (mCi) nguồn mẹ 90Sr nguồn cung cấp Phương pháp kiểm tra chất lượng 90Y: Độ tinh khiết hạt nhân 90Y kiểm tra phương pháp sắc ký chiết giấy EPC (Extraction Paper Chromatography), giấy sắc ký Whatman 1, xử lý 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid, triển khai dung dịch NaCl 0,9 %, đo độ nhiễm bẩn gamma phương pháp đo phổ gamma, dùng phổ kế gamma Đánh dấu DOTA-rituximab với 90Y: Dùng chất tạo phức trung gian pSCN-Bn-DOTA (2,4isothiocyanatobenzyl)-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 37 0C, thời gian 15 giờ, pH = 8,5 đệm carbonate 0,2 M Phức tinh chế xác định hàm lượng, đơng khơ Sau đó,100 g DOTA-rituximab đánh dấu với đồng vị phóng xạ 90Y-acetate (37 MBq) điều kiện môi trường acetate, pH = 6, ủ 37 0C 60 phút Phức miễn dịch kiểm tra chất lượng kỹ thuật Tec-Control chromatography (TCC) Xử lý số liệu: Các số liệu phân tích dùng phần mềm Prism 8.4.3 tính độ tinh khiết hóa phóng xạ phần mềm OptiQuant 5.0 2.1 Kết Kết điều chế 90Y từ 90Sr(NO3)2: Đồng vị phóng xạ 90Y thu với hiệu suất cao khoảng thời gian tách từ trở (Hình 1) Kết tách 90Y từ mCi 90Sr thời điểm 1, 2, 3, 4, 5, giờ, hiệu suất tách tăng dần từ 2,5 đến 62,5 %, sau thời gian từ đến 12 giờ, có gia tăng chậm 90Y qua màng, từ 62,5 % đến 71,0 % Tương tự, tách 10 mCi 20 mCi từ 90Sr, sau giờ, hiệu suất đạt khoảng 70,6 -78,9 % 80,1- 90,2 % Tách 50 mCi 100 mCi 90Sr, sau giờ, hiệu suất đạt 80,5 - 91,4 % 90,3 - 94,0 % Nhìn chung, hiệu suất trung bình tách 90Y qua màng thời điểm 12 76,8 ± 10,6 % 85,1 ± 9,7 % 337 Tiểu ban D1: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân y tế Section D1: Application of nuclear techniques in healthcare Hiệu suất tách 90Y (%) 120 mCi 10 mCi 100 20 mCi 80 50 mCi 100 mCi 60 40 20 0 10 11 12 13 Thời gian (giờ) Hình Hiệu suất tách 90Y từ nguồn mẹ dung dịch 90Sr(NO3)2 hoạt độ 5, 10, 20, 50, 100 mCi (n=3) Hiệu suất điều chế 90Y-acetate (%) 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 thời gian chọn để lấy sản phẩm từ (Hình 2) 120 100 20 mCi 80 50 mCi 80 mCi 60 40 20 0 Thời gian (giờ) Hình Hiệu suất điều chế 90Y-acetate hoạt độ 20, 50, 80 mCi (n=3) Hiệu suất trung bình điều chế 94,1±0,7% 90 Y-acetate thời điểm 89,5 ± 1,0 % 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 không di chuyển khỏi vị trí gắn (Hình 3) 338 Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 Hình 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 90Yđạt 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 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid tạo phức đặc hiệu với 90 3+ Y phản ứng sau: Y3+sau thấm qua màng vào mơi trường HNO M theo thời gian Tương tự, CMPO cho phép Y dịch chuyển qua màng tạo thành 90Y-acetate môi trường acid acetic M [2, 3, 5] 90 90 3+ Kết kiểm tra độ gamma 90Sr/90Y: Các đồng vị phóng xạ 90Sr 90Y khơng phát tia gamma, để kiểm soát độ bẩn gamma mẫu hay nói cách khác độ gamma, xác định phương pháp đo phổ gamma hệ phổ kế gamma (Hình 4) Hình Hình 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 detector 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 thống kê độ tinh khiết hạt nhân 90Y (Bảng 1) 339 Tiểu ban D1: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân y tế Section D1: Application of nuclear techniques in healthcare Bảng Độ tinh khiết hạt nhân 90Y, dung dịch thử 90Y 37 MBq/ml, phương pháp EPC, đo máy LSC 6100 ALOKA (n = 5) Số thứ tự mẻ 90 Sr (Bq) 01 02 03 04 05 1,55 1,95 0,93 0,57 1,48 TB 1,29 ± 0,54 90 Y (Bq) 1,85 x 105 1,85 x 105 1,85 x 105 1,85 x 105 1,85 x 105 Impurity (90Sr) (%) 0,000838 0,001054 0,000503 0,000308 0,000800 0,000701 ± 0,000295 Độ tinh khiết hạt nhân (%) 99,99916 99,99895 99,99950 99,99969 99,99920 99,99930 ± 0,00029 Y có độ độ tinh khiết hạt nhân > 99,999 % 90 Kết đánh dấu 90Y với DOTA-rituximab: Hiệu suất đánh dấu độ tinh khiết hóa phóng xạ Y-DOTA-rituximab đạt 98 %, băng sắc ký, phức miễn dịch phóng xạ 90Y-DOTA-rituximab nằm vị trí Rf = 0,1 90Y-DTPA di chuyển lên trên, Rf = 0,9 (Hình 5) 90 Hình 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 2.3 Bàn luận Việc điều chế 90Y từ dung dịch 90Sr (NO3)2 dùng điều trị bệnh phương pháp tách chọn lọc qua màng thấm chất chiết đặc hiệu 2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphonic acid chiến lược lâu dài nguồn 90Sr có thời gian bán rã 28 năm, tách chiết nhiều lần giá thành lại rẻ nhờ 90Sr thu từ chất thải hạt nhân Chúng ta biết rằng, 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 cộng sự, chiếu xạ nơtron bia 90Zr (độ làm giàu 100 %) với phản ứng hạt nhân 90Zr(n,p)90Y thơng 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 phase, khơng bị acid ăn mịn nhiễm tác nhân chiết phương pháp kết tủa hay chiết dung môi; không bị nguy 90Sr qua bị phá hủy xạ phương pháp sắc ký trao đổi ion [2] Đặc biệt là, 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 90Sr-PC88A 90Y-PC88A dụng dịch HNO3 lỗng khơng giống nhau, ion 90 3+ Y dịch chuyển qua màng vào môi trường HNO3 M dễ dàng so với 90Sr2+ 340 Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học Cơng nghệ hạt nhân tồn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 Đáng ý là, nghiên cứu tách chọn lọc qua màng tương tự, Naik cộng dùng chất chiết D2EHPA, Chakravarty cộng 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-DOTArituximab đánh dấu với 90Y với hiệu suất gắn cao ổn định invitro Tỷ lệ mol kháng thể với DOTA 25:1 (~9 nhóm DOTA phân tử kháng thể) tạo nhiều 90Y gắn với kháng thể Điều đáng quan tâm là, với n-benzyl-DOTA-rituximab điều chế sẵn với kháng thể đơn dịng 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 đánh dấu 99mTc phổ biến Và nữa, 90Y-acetate điều chế khoa y học hạt nhân thuận tiện cho sử dụng khám chữa bệnh thường quy KẾT LUẬN Y tách từ nguồn 90Sr thực đơn giản kỹ thuật thấm chọn lọc qua màng tẩm PC88A Độ tinh khiết hạt nhân 90Y < Ci 90Sr/100 mCi 90Y đạt tiêu chuẩn chất lượng dùng điều trị bệnh cho người 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 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ben J.T., Graeme J S., Simon B D., Goran A, “The use of yttrium in medical imaging and therapy: historical background and future perspectives”, Chem Soc Rev, 49, pp6169-6185, 2020 [2] RamanujamA., Achuthan P.V., DhamiP.S., et al “Separation of carrier-free 90Y from high level waste by supported liquid membrane using KSM-17”, J Radioanal Nucl Chem, 247, pp 185-191, 2001 [3] Naik PW, Jagasia P, Dhami PS, Achuthan PV, Tripathi SC, Munshi SK, Dey PK, Meera Venkatesh, “Separation of carrier-free 90Y from 90Sr by SLM Technique using D2EHPA in N-Dodecane as carrier”, SeparatSci and Tech, 45, 554-561, 2010 [4] IAEA, “Therapeutic Radionuclide Generators: 90Sr/90Y and 188W/186Re Generators” Technical Series Number 470 [5] Arpit Mitra, Avik Chakraborty, Sujay Gaikwad, Megha Tawate, Sharmila Banerjee et al., “On the Separation of Yttrium-90 from High-Level Liquid Waste: Purification to Clinical-Grade Radiochemical Precursor, Clinical Translation in Formulation of 90Y-DOTATATE Patient Dose”, Cancer Biother Radioph, Vol 36, No 2, 2021 [6] Nazila Gholipour, Amir Reza Jalilian, Ali Khalaj et al., “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, 2014 [7] Chakravarty R., Dash A, Pillai M.R.A., “Availability of Yttrium-90 from Strontium-90: A Nuclear Medicine Perspective”, Cancer Biother and Radiophs, 27(10), 621-641, 2012 341 ... tinh khiết hóa phóng xạ phần mềm OptiQuant 5.0 2.1 Kết Kết điều chế 90Y từ 90Sr(NO3)2: Đồng vị phóng xạ 90Y thu với hiệu suất cao khoảng thời gian tách từ trở (Hình 1) Kết tách 90Y từ mCi 90Sr thời... LUẬN Y tách từ nguồn 90Sr thực đơn giản kỹ thuật thấm chọn lọc qua màng tẩm PC88A Độ tinh khiết hạt nhân 90Y < Ci 90Sr/100 mCi 90Y đạt tiêu chuẩn chất lượng dùng điều trị bệnh cho người 90Y- acetate... 90Y từ generator 90Sr Báo cáo trình bày trình điều chế 90Y từ nguồn đồng vị mẹ 90Sr phương pháp thấm chọn lọc dùng màng PTFE tẩm PC88A, chất chiết đặc hiệu nguyên tố đất Kiểm tra chất lượng đồng