Nghiên cứu chế tạo module tổng hợp 18F-NaF và điều chế dược chất phóng xạ 18F-NaF tại trung tâm chiếu xạ Hà Nội

Mục đích của nghiên cứu này là chế tạo module tổng hợp 18F-NaF và điều chế dược chất phóng xạ 18F-NaF tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội. Dung dịch nước chứa đồng vị phóng xạ Fluorine -18 từ máy gia tốc KOTRON13 được cho đi qua cột trao đổi cation CM để loại bỏ tạp chất.

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MODULE TỔNG HỢP 18F-NaF VÀ ĐIỀU CHẾ DƯỢC CHẤT PHÓNG XẠ 18F-NaF TẠI TRUNG TÂM CHIẾU XẠ HÀ NỘI Mục đích nghiên cứu chế tạo module tổng hợp 18F-NaF điều chế dược chất phóng xạ 18F-NaF Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội Dung dịch nước chứa đồng vị phóng xạ Fluorine -18 từ máy gia tốc KOTRON13 cho qua cột trao đổi cation CM để loại bỏ tạp chất Đồng vị Fluorine -18 bị bắt giữ cột trao đổi anion QMA Sản phẩm 18F-NaF tạo cách sử dụng dung dịch nước muối đẳng trương 0,9% giải hấp Fluorine -18 Module tổng hợp nội địa hóa (phần cứng, phần mềm điều khiển,…) Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội Thời gian tổng hợp khoảng 13 phút, hiệu suất tổng hợp đạt khoảng 95,5% Chất lượng sản phẩm đạt độ tinh khiết hạt nhân > 99,5% độ tinh khiết hóa phóng xạ > 95% theo tiêu chuẩn dược điển Mỹ (USP) MỞ ĐẦU hàng năm giới [6] Dược chất phóng xạ (DCPX) 18F-NaF chấp nhận Cục Quản lý Thực phẩm, Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) từ năm 1972 thuốc xạ hình xương để xác định khu vực thay đổi hoạt chất Osteogen (mô sụn hay mô mềm, cuối hóa xương q trình phát triển xương), vị trí tổn thương xương đặc biệt ung thư xương ung thư di vào xương [1,2,3,4] Các nghiên cứu lâm sàng chụp hình 18F-NaF/PET PET/CT có khả hỗ trợ quản lý, chăm sóc bệnh nhân ung thư - di xương Cho đến nay, DCPX 18 F-NaF FDA chấp thuận hiệu an toàn lĩnh vực xác định di xương sản xuất, phân phối để sử dụng lâm sàng người với liều dùng theo tiêu chuẩn dược phẩm [5] Nhu cầu sử dụng tăng lên Hiện nay, hai DCPX 99mTc-MDP 18 F-NaF sử dụng chụp xạ hình xương Gamma camera (SPECT) PET/ CT DCPX 99mTc-MDP sử dụng hầu hết khoa y học hạt nhân tính sẵn có máy phát xạ (Generator) tạo Tc-99m, chất mang MDP sở y học hạt nhân có SPECT Chụp xạ hình xương tồn thân sử dụng 99mTcMDP kỹ thuật phổ biến y học hạt nhân nhiều nước giới Việt Nam Tuy nhiên, so sánh xạ hình xương 99mTc-MDP với 18F-NaF cho thấy hình ảnh 18F-NaF-PET/CT có độ tương phản, độ phân giải cao hơn, dễ dàng xác định xác vị trí tổn thương CT với tổn thương lành tính ác tính, trợ giúp hữu hiệu cho đánh giá đáp ứng với điều trị [7] Ngoài ra, DCPX 18F-NaF có Số 61 - Tháng 12/2019 27 THƠNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN nhiều ưu điểm 99mTc-MDP chu kỳ bán rã ngắn (T1/2 18F-NaF 109,8 phút) liều tiêm/bệnh nhân/lần chụp ( 5-10 mCi/bệnh nhân) chu kỳ bán rã 99mTc-MDP giờ, liều tiêm 25-50 mCi, thời gian trừ thể Tc-99m lâu hơn; thời gian bệnh nhân chờ đợi từ tiêm DCPX tới thời điểm ghi hình thời gian chụp hình rút ngắn (đối với 18F-NaF thời gian đợi khoảng thời gian ghi hình khoảng 25 phút 99mTc-MDP thời gian đợi từ đến thời gian ghi hình 60 phút) Trong năm gần đây, giới đứng trước nguy thiếu hụt nguồn Tc-99m nhiều lò hạt nhân chuẩn bị dừng hoạt động (chỉ số lị phản ứng hạt nhân giới sản xuất Tc-99m) [8] Bên cạnh đó, đồng vị Fluorine -18 có thời gian bán hủy 109,8 phút sản xuất thường quy máy gia tốc Cyclotron Tính đến thời điểm năm 2019, Việt Nam có máy gia tốc Cyclotron: máy Hà Nội, máy Đà Nẵng, máy lắp đặt Kiên Giang máy TP Hồ Chí Minh 16 máy PET/CT Do với phát triển phổ biến máy Cyclotron, PET/CT năm gần giúp cho việc ứng dụng DCPX 18F-NaF ngày khả thi hơn; thay 99mTc-MDP chẩn đoán bệnh lý xương khớp chụp 18F-NaF máy PET/CT (Hình 1) bao gồm phần cứng phần mềm điều khiển tự động (được viết ngơn ngữ lập trình Labview) Phần cứng module tổng hợp bao gồm: Máy tính điều khiển kết nối với module tổng hợp tự động cáp USB Kích thước module (cao x rộng x sâu: 400 x 300 x 285 mm) Module có động bước chuyển động tịnh tiến lên-xuống, van điện ngả, van điện ngả, detector đo hoạt độ phóng xạ, đường ống Teflon, ống PEEK đầu cút nối theo tiêu chuẩn thiết bị dùng y tế Hình 1: Module tổng hợp 18F-NaF 2.2 Nguyên vật liệu tổng hợp DCPX 18F-NaF Nước giàu O-18 (H218O) sử dụng hãng Rotem/Israel, có độ giàu O-18 > 97% Các cột trao đổi anion QMA (quaternary methyl ammonium) cation CM (carboxymethyl) hãng Waters/Mỹ Cả hai cột hoạt hóa trước sử dụng Xyranh 20 mL có Luer hãng BD Syringer Ethanol, phin lọc khuẩn Milex-FG 0,2 Mục đích nghiên cứu chế tạo µm hãng Merck/Đức Phin lọc khuẩn AEF moduel tổng hợp 18F-NaF tổng hợp 0,22 µm hãng Pall/Anh Nước cất pha tiêm nước muối đẳng trương 0,9% hãng Fresenius DCPX 18F-NaF Việt Nam Kabi Bidiphar Module tổng hợp kết nối với NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP đường khí Helium (Air liquid) 99,9999% bơm NGHIÊN CỨU chân không 2.1 Nguyên vật liệu chế tạo module 2.3 Phương pháp tổng hợp tổng hợp 18F-NaF Nguyên liệu nạp vào bia máy gia Module tổng hợp 18F-NaF Trung tâm tốc KOTRON13 nước H218O giàu Oxygen-18 Chiếu xạ Hà Nội (CXHN) nghiên cứu, chế tạo 28 Số 61 - Tháng 12/2019 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN > 97%, đồng vị phóng xạ Fluorine -18 tạo pha tiêm Tất tạp chất cột QMA rửa vào bình thải Trong trình phản ứng (p,n) van 4, mở; van khác chế độ 18 18 đóng O + p → F+ n (1) Giai đoạn 3: Làm khô QMA Sau thời gian bắn bia, đồng vị phóng xạ (ĐVPX) Fluorine -18 chuyển từ bia sang hotcell khí Helium Khi tồn ĐVPX Fluorine -18 chuyển sang hotcell, trình tổng hợp tự động điều khiển phần mềm NaF Project - HIC nhóm nghiên cứu Trung tâm CXHN viết ngơn ngữ lập trình Labview (Hình 2) Sau cột QMA rửa nước cần làm khô khí Helium (99,9999%) để chuẩn bị cho q trình tổng hợp Trong trình van 4, 6, mở; van khác chế độ đóng Giai đoạn 4: Phản ứng trao đổi ion Xyranh hút 10 mL dung dịch nước muối đẳng trương 0,9% sau đẩy dung dịch qua cột QMA có chứa đồng vị Fluorine -18 Tại phản ứng trao đổi ion NaCl đồng vị Fluorine -18 xảy sau: NaCl + 18F- → Na+ 18F + Cl- (2) Toàn dung dịch sau phản ứng qua phin lọc khuẩn AEF 0,22 µm vào lọ sản phẩm Trong trình van 4, 6, 8, 11 mở; Hình 2: Giao diện phần mềm “NaF van khác chế độ đóng Project – HIC” tổng hợp DCPX 18F-NaF Giai đoạn 5: Thu hồi sản phẩm Thời gian tổng hợp khoảng 13 phút gồm Khí Helium thổi tồn dung dịch cịn q trình sau: sót lại cột QMA đường ống qua phin Giai đoạn 1: Tách đồng vị Fluorine -18 lọc khuẩn AEF 0,22 µm vào lọ chứa sản phẩm Sản phẩm cuối thu DCPX 18F-NaF Dung dịch nước chứa đồng vị Fluorine (lọ thủy tinh suốt, vơ trùng có nút cao su, -18 bia Cyclotron qua cột nắp nhôm) trao đổi cation CM để tách tạp chất có chứa ion dương, sau dung dịch tiếp tục qua cột KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN trao đổi anion QMA Toàn ĐVPX Fluorine 3.1 Độ ổn định module tổng hợp -18 bị giữ lại cột QMA dung dịch nước Tồn q trình chế tạo module tổng lại chuyển sang lọ thu hồi Đồng thời hợp hồn thiện cơng đoạn, nhóm nghiên xyranh hút 10 mL nước cất pha tiêm Trong cứu chạy thử nghiệm không phóng xạ (cold trình van 5, 9, 10 mở; van khác test) 500 lần để kiểm tra độ ổn định máy, chế độ đóng kết trình bày Bảng Giai đoạn 2: Rửa QMA Cột QMA rửa 10 mL nước cất Số 61 - Tháng 12/2019 29 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN T1/2 chu kỳ bán rã Fluorine -18 Bảng 1: Độ ổn định module tổng hợp (109,77 phút) cold test STT Kiểm tra độ ổn định Số lần chạy thử Kết Motor bước 500 Chạy ổn định Thể tích sản phẩm cuối 500 10±0,2 (mL) Van điện chiều 500 Hoạt động tốt Van điện chiều 500 Hoạt động tốt Các đầu nối đường ống với van điện 500 Không bị rị rỉ Đường ống module 500 Khơng bị hỏng Sử dụng phần mềm Microsoft Office hồi quy hàm tương quan hoạt độ (No đến Nn) số đếm ghi nhận đầu dị vị trí QMA (Ao đến An) Kết khảo sát hiển thị hình 3: Từ Bảng cho thấy Module tổng hợp F-NaF hoạt động ổn định suốt trình chạy cold test 18 3.2 Kết hiệu chuẩn hệ đo phóng xạ Sau lắp ráp hồn thiện module tổng Hình 3: Ðồ thị hồi quy hàm chuẩn cho hệ hợp, hệ đầu dò đặt vị trí cột QMA đo QMA lọ sản phẩm cuối Hàm tương quan hoạt độ số đếm • Hiệu chuẩn hệ đo phóng xạ vị trí hệ đo cột QMA là: cột QMA Y = 0,0079 X1,2265 (5) Đồng vị Fluorine -18 đưa vào cột Y: Giá trị hoạt độ (mCi) QMA bắt giữ lại, xác định mốc thời gian ghi nhân số đếm từ đầu đo cột QMA: To (0 X: Số đếm đầu đo (s-1) giây), ghi số đếm tương ứng với mốc thời • Hiệu chuẩn hệ đo phóng xạ vị trí lọ gian: (số đếm hiển thị phầm mềm điều sản phẩm 18F-NaF khiển module tổng hợp): Ao đến An Tại mốc thời Đồng vị Fluorine -18 đẩy trực tiếp gian Tn sử dụng giếng đo xác định hoạt độ cột QMA: Nn (Ci) Sử dụng công thức tính hoạt độ vào vị trí lọ sản phẩm, xác định số đếm tương ứng phân rã phóng xạ xác định hoạt độ cột QMA với mốc thời gian tương tự với cột QMA, mốc thời gian: To đến Tn hoạt độ đưa lọ sản phẩm vào giếng đo hoạt độ điểm cuối Tính tốn hoạt độ tương ứng với mốc No đến Nn (Ci) thời gian dựa theo hoạt độ đo giếng thời N(t)= N0eλTn (3) điểm cuối Sử dụng phần mềm Microsoft Ofice Nt hoạt độ thời điểm T hồi quy hàm tương quan hoạt độ số đếm Nn giá trị hoạt độ đo giếng t=Tn cho đầu dò vị trí lọ sản phẩm tương tự với vị trí cột QMA λ số phân rã Kết khảo sát hiển thị hình λ = (4) đây: 30 Số 61 - Tháng 12/2019 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN so với dược điển Mỹ (USP38) [9] Độ pH Sử dụng giấy đo pH cho thấy pH DCPX F-NaF có giá trị nằm giá trị 4,58,5 Đây giá trị phù hợp với tiêu chuẩn Dược điển Mỹ (USP38) [9] 18 Xác định độ tinh khiết hạt nhân Hình 4: Ðồ thị hồi quy hàm chuẩn cho hệ Thiết bị phân tích đa kênh Mucha (Multi đo vị trí sản phẩm Channel Analyzer) hãng Raytest sử dụng Hàm tương quan hoạt độ số đếm phần mềm Gina xác định độ hạt nhân phóng xạ cho thấy có đỉnh ĐVPX hệ đo lọ sản phẩm là: Fluorine -18 có phổ Gamma vị trí 511 keV Y = 0,0171 X1,1732 (6) (Hình 6) Giá trị phù hợp với tiêu chuẩn Y: Giá trị hoạt độ (mCi) Dược điển Mỹ (USP38) > 99,5% X: Số đếm đầu đo (s-1) 3.3 Hiệu suất module tổng hợp tự động DCPX 18F-NaF Chương trình tổng hợp 18F-NaF viết ngơn ngữ lập trình Labview, thơng số kỹ thuật cài đặt sẵn, q trình tổng hợp chạy theo chế độ tự động buồng tổng hợp (hotcell) đảm bảo an tồn phóng xạ Hình 6: Phổ gamma đa kênh DCPX 18 F-NaF Xác định độ tinh khiết hóa phóng xạ Hình 5: Hiệu suất tổng hợp 10 mẫu DCPX 18F-NaF Hiệu suất tổng hợp trung bình trung bình: 95,5% (thấp khoảng 93,5% cao khoảng 97,5%) 3.4 Chất lượng DCPX F-NaF 18 Hình 7: Phổ TLC DCPX 18F-NaF Thiết bị Radio-TLC (Radio Thin layer Cảm quan Chrography) hãng Raytest kiểm tra độ hóa 18 Sản phẩm F-NaF quan sát qua kính chì phóng xạ, mẫu chấm lên mỏng cho dung dịch không màu, suốt đạt yêu cầu Silicagel, pha động acetonenitrile:nước (95:5) Số 61 - Tháng 12/2019 31 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN Độ DCPX 18F-NaF đạt > 95% (Hình 7) Giá trị phù hợp với tiêu chuẩn Dược điển Mỹ (USP38) > 95% KẾT LUẬN Module tổng hợp 18F-NaF chế tạo chạy thử nghiệm thành công Trung tâm CXHN Thời gian tổng hợp ~ 13 phút cho hiệu suất tổng hợp đạt ~ 95,5% Chất lượng sản phẩm đạt độ tinh khiết hạt nhân > 99,9% độ tinh khiết hóa phóng xạ > 95% thỏa mãn tiêu chuẩn dược điển Mỹ (USP) Trong thời gian tới, DCPX 18 F-NaF tiếp tục thử nghiệm tiền lâm sàng ghi hình máy PET/CT Trần Mạnh Thắng, Mai Văn Vinh, Đàm Thị Tâm, Nguyễn Quang Anh, Lê Thị Thu Hiền, Nguyễn Văn Sỹ, Nguyễn Thanh Hùng, Đặng Quang Bảo, Nguyễn Xuân Vịnh Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam _ TÀI LIỆU THAM KHẢO Mark S Jacobson, Raymond A Steichen, and And Patrick J Peller,”PET Radiochemistry and Radiopharmacy”,Springer-Verlag Berlin Heidelberg: pp 19-30, 2012 Johannes Czernin, Nagichettiar Satyamurthy, and And Christiaan Schiepers,”Molecular Mechanisms of Bone 18F-NaF Deposition”,NUCLEAR MEDICINE, 51: pp 1826-1829, 2010 Marina Bicalho Silveira, Marcella Araugio Soares, Eduardo Sarmento Valente, Samira Soares Waquil, Andréa Vidal Ferreira2, Raquel Gouvêa Dos Santos, and Juliana Batista Da Silva,”Synthesis, quality control and dosimetry of the radiopharmaceutical 18F-sodium fluoride 32 Số 61 - Tháng 12/2019 produced at the Center for Development of Nuclear Technology - CDTN”,Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences, 46: pp 563-569, 2010 Rajeev Kumar Msc Nucl Med, Rajendra G Sonkawade Phd, Madhavi Tripathi Md, Punit Sharma Md, Priyanka Gupta Msc, Praveen Kumar Msc, Anil K Pandey Phd, Chandrasekhar Bal Md, Nishikant Avinash Damle Md, and Gurupad Bandopadhayaya Phd,”Production of the PET bone agent 18F-fluoride ion, simultaneously with 18F-FDG by single run of the medical cyclotron with minimal radiotion exposure-A novel technique”,Hell J Nucl Med 2014, 17(2): pp 106-110, 2014 SNM Guideline for Sodium 18F-Fluoride PET/CT Bone Scans Brian G.Hockley and Peterj.H.Scott,”An automated method for preparation of [18F] sodium fluorideforinjection, USP to address the technetium-99m isotope shortage”,Applied Radiation and Isotopes, 68: pp 117-119, 2010 Carl K Hoh, Randall A Hawkins, magnus Dahlbom, John A Glaspy, Leanne L Seeger, Yong Choi, Christiaan W Schiepers, Sungcheng Huang, Nagichettiar Satyamurthy, Jorge R Barrio, and Michael e Phelps, “Whole body skeletal imaging with [18F]Fluoride ion and PET” Journal of Computer Assisted Tomography Vol 17, No.1, 1993 Nuclear and Radiation Studies Board Division on Earth and life Studies (2018) Opportunities and Approaches for Supplying Molybdenum-99 and Associated Medical Isotopes to Global Markets: Proceedings of a Symposium Washington, DC: The National Academies Press, Chapter 3: Current Molybdenum-99 Supply, 1317 USP U.S.Phamacopeial Convention, 2015  ... pháp tổng hợp tổng hợp 18F-NaF Nguyên liệu nạp vào bia máy gia Module tổng hợp 18F-NaF Trung tâm tốc KOTRON13 nước H218O giàu Oxygen-18 Chiếu xạ Hà Nội (CXHN) nghiên cứu, chế tạo 28 Số 61 - Tháng... DCPX 18F-NaF đạt > 95% (Hình 7) Giá trị phù hợp với tiêu chuẩn Dược điển Mỹ (USP38) > 95% KẾT LUẬN Module tổng hợp 18F-NaF chế tạo chạy thử nghiệm thành công Trung tâm CXHN Thời gian tổng hợp. .. Bidiphar Module tổng hợp kết nối với NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP đường khí Helium (Air liquid) 99,9999% bơm NGHIÊN CỨU chân không 2.1 Nguyên vật liệu chế tạo module 2.3 Phương pháp tổng hợp tổng hợp