Khóa luận tốt nghiệp Kỹ sư kỹ thuật hạt nhân: Nghiên cứu điều chế hợp chất 166Ho-EDTMP cho mục đích ứng dụng trong y học hạt nhân

Chia sẻ: Công Nữ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:77

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài Nghiên cứu điều chế hợp chất 166Ho-EDTMP cho mục đích ứng dụng trong y học hạt nhân nhằm xác lập quy trình đánh dấu phù hợp, tối ưu để điều chế 166Ho-EDTMP và tiến hành kiểm tra chất lượng sản phẩm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp Kỹ sư kỹ thuật hạt nhân: Nghiên cứu điều chế hợp chất 166Ho-EDTMP cho mục đích ứng dụng trong y học hạt nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA KỸ THUẬT HẠT NHÂN PHẠM THỊ THẢO NGUYÊN - 1410707 NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ HỢP CHẤT 166Ho-EDTMP CHO MỤC ĐÍCH ỨNG DỤNG TRONG Y HỌC HẠT NHÂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ KỸ THUẬT HẠT NHÂN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TH.S DƯƠNG VĂN ĐÔNG KHÓA 2014 - 2019
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN Trong lời đầu tiên của khóa luận, tôi muốn gửi những lời cảm ơn sâu sắc, những tình cảm quý mến, kính trọng của mình đến tất cả những người đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi về chuyên môn, vật chất và tinh thần trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô cùng các anh chị trong Trung tâm Nghiên cứu và Điều chế đồng vị phóng xạ-Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt, những người đã tận tình chỉ dẫn, truyền cho tôi niềm đam mê trong nghiên cứu khoa học. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Dương Văn Đông và anh Đặng Hồ Hồng Quang, đã trực tiếp hướng dẫn, nhận xét và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Hạt nhân-Trường Đại học Đà lạt đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu, dạy dỗ và giúp đỡ tôi trong suốt những năm tháng học tập tại trường. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và các bạn lớp Hạt Nhân K38 đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận vừa qua. Do thời gian thực hiện có hạn và kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế nên khóa luận tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà Lạt, ngày 10 tháng 12 năm 2018 Sinh viên Phạm Thị Thảo Nguyên iii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của đề tài được thực hiện một cách trung thực và nghiêm túc tại Trung tâm Nghiên cứu và Điều chế đồng vị phóng xạ. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này. Đà Lạt, ngày 10 tháng 12 năm 2018 Người cam đoan Phạm Thị Thảo Nguyên iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT YHHN Y học hạt nhân ĐVPX Đồng vị phóng xạ DCPX Dược chất phóng xạ EDTMP Ethylene Diamine Tetramethylene Phosphonic acid PDTMP Propylene Diamine Tetramethylene Phosphonic acid HEDP Hydroxyethylene Diphosphonate MDP Methylene Diphosphonate NTĐH Nguyên tố đất hiếm TLC Thin layer chromatography (sắc ký lớp mỏng) LAL Limulus Amebocyte Lysate HS Hiệu suất v
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ...........................................................4 1.1. Y học hạt nhân ...............................................................................................4 1.1.1. Định nghĩa .............................................................................................4 1.1.2. Lịch sử phát triển ..................................................................................4 1.2. Giới thiệu chung về dược chất phóng xạ trong y học hạt nhân .....................5 1.2.1. Khái niệm về dược chất phóng xạ..........................................................5 1.2.2. Phân loại dược chất phóng xạ ...............................................................5 1.2.3. Các thuộc tính của dược chất phóng xạ ................................................5 1.2.4. Cơ chế tập trung dược chất phóng xạ trong chẩn đoán và điều trị .......7 1.3. Các dược chất phóng xạ dùng trong chẩn đoán và điều trị đau xương .........9 1.4. Nguyên tố Holmi và đồng vị phóng xạ 166Ho................................................9 1.4.1. Lịch sử về nguyên tố ..............................................................................9 1.4.2. Tính chất nguyên tử của holmi ............................................................10 1.4.3. Tính chất vật lý ....................................................................................11 1.4.4. Tính chất hóa học .................................................................................12 1.4.5. Đồng vị phóng xạ 166Ho .......................................................................13 1.5. Cơ sở lý thuyết của phương pháp đánh dấu 166Ho3+ với EDTMP ...............15 1.5.1. Tính chất và cấu tạo hóa học của hợp chất EDTMP ............................15 1.5.2. Cơ sở phản ứng tạo phức giữa ion 166Ho3+ và EDTMP .......................16 1.6. Các phương pháp đánh dấu phóng xạ .........................................................17 1.6.1. Nguyên tắc đánh dấu ............................................................................17 1.6.2. Các phương pháp đánh dấu ..................................................................17 1.7. Phương pháp kiểm tra chất lượng dược chất phóng xạ ...............................19 1.7.1. Phương pháp kiểm tra độ sạch hóa phóng xạ ......................................19 1.7.2. Phương pháp kiểm tra độ sạch hóa học ...............................................20 vi
1.7.3. Phương pháp kiểm tra pH ....................................................................20 1.7.4. Phương pháp kiểm tra độ sạch hạt nhân ..............................................20 1.7.5. Phương pháp kiểm tra độ vô khuẩn .....................................................21 1.7.6. Phương pháp kiểm tra chí nhiệt tố .......................................................22 1.8. Các phương pháp sắc ký xác định độ sạch hóa phóng xạ ...........................22 1.8.1. Sắc ký giấy ...........................................................................................22 1.8.2. Sắc ký lớp mỏng...................................................................................24 CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .............................................26 2.1. Điều chế đồng vị phóng xạ 166Ho trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ..........26 2.1.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ................................................................26 2.1.2. Điều chế đồng vị phóng xạ 166Ho.........................................................27 2.1.3. Kiểm tra chất lượng 166Ho....................................................................28 2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình đánh dấu 166 Ho với EDTMP ...................................................................................................................................29 2.2.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ................................................................29 2.2.2. Pha dung dịch đánh dấu và dung môi kiểm tra ....................................32 2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đánh dấu 166Ho-EDTMP ...................................................................................................................................33 2.2.4. Kiểm tra chất lượng của hợp chất 166Ho-EDTMP ...............................38 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN ............................41 3.1. Kết quả điều chế và kiểm tra chất lượng 166Ho ...........................................41 3.1.1. Kết quả điều chế đồng vị phóng xạ 166Ho từ bia 165Ho2O3 ..................41 3.1.2. Kết quả kiểm tra chất lượng 166Ho .......................................................42 3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đánh dấu 166Ho- EDTMP .....................................................................................................................45 3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ mol 166Ho:EDTMP ..................45 3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất đánh dấu...............47 3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất đánh dấu .....50 vii
3.3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất đánh dấu ......52 3.2.5. Kết quả khảo sát độ bền của 166Ho-EDTMP theo thời gian.................55 3.3. Quy trình điều chế hợp chất 166Ho-EDTMP ................................................57 3.3. Kết quả kiểm tra chất lượng của 166Ho-EDTMP .........................................58 3.3.1. Kết quả kiểm tra độ sạch hóa phóng xạ ...............................................58 3.3.2. Kết quả thử độ vô khuẩn 166Ho-EDTMP .............................................58 CHƯƠNG 4 - KẾT LUẬN .....................................................................................60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................61 PHỤ LỤC .................................................................................................................63 viii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 . Dược chất phóng xạ cho chẩn đoán và điều trị ung thư di căn xương ......9 Bảng 1.2. Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm ..........................................................10 Bảng 1.3. Các tính chất nguyên tử của holmi ...........................................................11 Bảng 1.4. Các tính chất vật lý của Holmi .................................................................12 Bảng 1.5. Các đồng vị ổn định nhất của nguyên tố Holmi .......................................14 Bảng 1.6. Hằng số phân ly của EDTMP (H8L) .........................................................15 Bảng 2.1. Khảo sát tỷ lệ mol 166Ho3+:EDTMP ..........................................................34 Bảng 2.2. Khảo sát pH đánh dấu 166Ho3+ với EDTMP .............................................35 Bảng 2.3. Khảo sát thời gian đánh dấu 166Ho3+ với EDTMP ....................................36 Bảng 2.4. Khảo sát nhiệt độ đánh dấu 166Ho3+ với EDTMP .....................................37 Bảng 2.5. Khảo sát độ bền của phức chất 166Ho-EDTMP ........................................38 Bảng 3.1. Các thông số liên quan đến tính toán hoạt độ theo lý thuyết ....................41 Bảng 3.2. Các đỉnh phát hiện trong phổ đo được......................................................42 Bảng 3.3. Kết quả độ sạch hóa phóng xạ chạy trên 2 hệ dung môi ..........................44 Bảng 3.4. Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ mol 166Ho:EDTMP .....................................45 Bảng 3.5. Kết quả ảnh hưởng của pH .......................................................................47 Bảng 3.6. Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất đánh dấu ........................50 Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................52 Bảng 3.8. Kết quả khảo sát độ bền theo thời gian.....................................................55 Bảng 3.9. Kết quả thử độ vô khuẩn 166Ho-EDTMP ..................................................59 ix
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Mẫu nguyên tố holmi ................................................................................10 Hình 1.2. Cấu tạo nguyên tử holmi ...........................................................................11 Hình 1.3. Sơ đồ phân rã của đồng vị phóng xạ 166Ho ...............................................13 Hình 1.4. Công thức cấu tạo của EDTMP ................................................................16 Hình 1.5. Công thức tạo phức của 166Ho với EDTMP ..............................................17 Hình 1.6 . Mô tả quá trình chạy sắc ký giấy ( hoặc sắc ký lớp mỏng)......................25 Hình 2.1. Một số thiết bị dùng trong đo hoạt độ và kiểm tra chất lượng 166Ho ........29 Hình 2.2. Một số thiết bị dùng trong khảo sát...........................................................31 Hình 2.3. Một số dụng cụ dùng trong khảo sát .........................................................31 Hình 2.4. Hóa chất dùng trong khảo sát ....................................................................32 Hình 2.5. Kiểm tra độ sạch hóa phóng xạ của 166Ho-EDTMP..................................39 Hình 2.6 . Kiểm tra độ vô khuẩn của 166Ho-EDTMP ...............................................40 Hình 3.1. Phổ gamma của 166Ho với 2 đỉnh năng lượng gamma đặc trưng 80,6 keV và 1379,4 keV ...........................................................................................................43 Hình 3.2. Phổ các đỉnh năng lượng thấp của 166Ho...................................................43 Hình 3.3. Độ sạch hóa phóng xạ trên hệ dung môi DTPA 10mM, pH=4.................44 Hình 3.4. Độ sạch hóa phóng xạ trên hệ dung môi Amoniaxetat 10%: Methanol (1:1) ...........................................................................................................................44 Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của của tỷ lệ mol 166Ho:EDTMP đến hiệu suất đánh dấu ....................................................................................................................45 Hình 3.6. Phổ sắc ký khảo sát tỷ lệ mol 166Ho:EDTMP ...........................................46 Hình 3.7. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất đánh dấu.....................48 Hình 3.8. Phố sắc ký khảo sát pH ảnh hưởng đến hiệu suất đánh dấu .....................49 Hình 3.9. Đồ thị biếu diễn ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất đánh dấu ...........50 Hình 3.10. Phố sắc ký khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất đánh dấu ...51 Hình 3.11. Đồ thị biếu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất đánh dấu ..........53 Hình 3.12. Phố sắc ký khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất đánh dấu .....54 x
Hình 3.13. Đồ thị khảo sát độ bền theo thời gian .....................................................55 Hình 3.14. Phổ sắc ký khảo sát độ bền theo thời gian ..............................................56 Hình 3.15. Quy trình điều chế hợp chất 166Ho-EDTMP ...........................................57 Hình 3.16. Độ sạch hóa phóng xạ trên hệ dung môi NH4OH:CH3OH:H2O (0.2:2:4) ...................................................................................................................................58 xi
MỞ ĐẦU Hiện nay, ung thư là căn bệnh có chiều hướng ngày càng gia tăng, đang là mối đe dọa ngày một nghiêm trọng tới sức khỏe và tính mạng của người dân trên toàn cầu, gây ra nhiều hậu quả nặng nề, làm tăng gánh nặng kinh tế cho xã hội, ảnh hưởng không hề nhỏ tới sự phát triển của mỗi quốc gia. Ung thư đã trở thành một “sát thủ thầm lặng” ngày càng đáng sợ, tỷ lệ mắc và tỷ lệ tử vong bởi căn bệnh quái ác này có xu hướng gia tăng nhanh chóng trên toàn cầu. Theo ước tính và thống kê của Cơ quan Nghiên cứu ung thư quốc tế (International Agency for Research on Cancer) cũng như của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) thì năm 2018 sẽ có thêm hơn 18 triệu ca mới mắc bệnh ung thư và khoảng 9,6 triệu người tử vong do căn bệnh này, tăng mạnh so với số liệu của năm 2012 là 14,1 triệu ca mới mắc bệnh và 8,2 triệu người tử vong vì ung thư. Tại Việt Nam, theo thống kê của WHO, số ca mắc mới ung thư không ngừng tăng từ 68.000 ca năm 2000 lên 126.000 ca năm 2010, năm 2018 tỷ lệ được chẩn đoán ung thư mới là 154,4 trên 100.000 dân (khoảng 165.000 người) và tỷ lệ tử vong do ung thư là 104,4 trên 100.000 dân (khoảng 115.000 người). Việt Nam hiện xếp vị trí 99 trong tổng số 185 quốc gia và vùng lãnh thổ trên bản đồ ung thư thế giới về tỷ lệ mắc căn bệnh này. Việt Nam không phải là nước có tỷ lệ mắc bệnh ung thư cao trên thế giới, tuy nhiên tỷ lệ tử vong do ung thư tương đối lớn, và có chiều hướng gia tăng đáng lo ngại. Ung thư ác tính là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây nên cái chết của con người, trong đó tử vong do ung thư di căn xương chiếm tỷ lệ gần 25%. Chính vì vậy trên thế giới đã và đang phát triển nghiên cứu các loại dược chất phóng xạ giúp điều trị giảm đau ung thư di căn xương. Từ những năm đầu của thập niên 80, ngành y học hạt nhân đã phát triển các kỹ thuật điều trị và chẩn đoán hình ảnh dựa trên cơ sở các nguồn bức xạ được phát ra từ các cơ quan nội tạng gọi là chiếu xạ ngoài. Với sự ra đời hàng loạt các dược chất phóng xạ có tính chọn lọc cao được đánh dấu với các đồng vị phóng xạ thích hợp đã hỗ trợ đắc lực cho việc điều trị giảm đau ung thư di căn xương bằng phương pháp chiếu xạ trong. Trong khoảng vài chục năm gần đây, việc sử dụng các đồng vị phóng xạ phát tia beta có năng lượng vừa phải và chu kỳ bán rã ngắn gắn với các chất có khả năng hấp thụ chọn lọc ở xương nhằm giảm đau do ung thư di căn xương đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Trên thế giới, với sự nghiên cứu về căn bệnh ung thư ngày càng sâu hơn, các chuyên gia đã phát hiện thêm một phương pháp mới điều trị căn bệnh này đó là 1
phương pháp điều trị nhắm đích. Đây là phương pháp điều trị tiên tiến nhất hiện nay, dùng các đồng vị phóng xạ phát tia beta có chu kỳ bán rã, năng lượng và khoảng chạy phù hợp để tiêu diệt các tế bào ung thư mà không làm ảnh hưởng đến các tế bào lành xung quanh. Ung thư di căn xương được biết đến là một căn bệnh khá phổ biến do ung thư nguyên phát hay xuất phát từ các loại ung thư khác gây di căn vào xương như ung thư phổi, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư tuyến giáp, ung thư vú,… Biểu hiện lâm sàng của ung thư di căn xương thường là đau xương do chèn ép thần kinh, chèn ép tủy, gãy xương bệnh lý,… Các triệu chứng đau chỉ xuất hiện khi đã ở giai đoạn cuối nên gây rất nhiều khó khăn đến cuộc sống của người bệnh. Mặc dù các phương thức điều trị thông thường như tiêm các thuốc giảm đau và xạ trị tia bên ngoài thường được sử dụng phổ biến nhưng nhược điểm là đa tạp, gây ra nhiều tác dụng phụ cho bệnh nhân. Hiện nay, việc sử dụng các hợp chất hữu cơ đánh dấu với các đồng vị phóng xạ phát tia beta là một lựa chọn hiệu quả cho việc giảm đau và góp phần cải thiện đáng kể tình hình sức khỏe cho bệnh nhân. Holmi-166 (166Ho) là đồng vị phóng xạ nhân tạo có thời gian bán rã không quá dài khoảng 26,8 giờ, phát tia beta có năng lượng trung bình và một phần nhỏ tia gamma có năng lượng tương đối thấp phù hợp cho việc điều trị và ghi hình theo dõi quá trình điều trị. Từ các đặc tính tự nhiên này, các nhà khoa học đã có ý tưởng dùng 166Ho ứng dụng trong điều trị ung thư di căn xương. Nhưng muốn sự hấp thụ đặc biệt của 166Ho trong xương đòi hỏi phải đưa 166Ho vào cơ thể ở dạng hợp chất hóa học có cấu tạo như xương. Các hợp chất có cấu tạo hóa học tương tự như xương là các dẫn xuất phosphonate của các polyaminocarboxylic acid. Một trong những dẫn xuất này là hợp chất EDTMP (Ethylene Diamine Tetramethylene Phosphonic acid). EDTMP đã được nhiều nơi trên thế giới sử dụng để đánh dấu với các đồng vị phóng xạ như 90Y, 153Sm, 177Lu, 166Ho dùng vào mục đích điều trị các bệnh tổn thương mô xương, đặc biệt là ung thư di căn xương. Hợp chất 166Ho-EDTMP đã được một số nước trên thế giới như Iran, Hàn Quốc,… nghiên cứu và thử nghiệm trên động vật. Kết quả về nghiên cứu đánh dấu hợp chất 166Ho-EDTMP ở nước ta hiện nay chưa thấy tài liệu nào công bố. Việc nghiên cứu điều chế các dược chất phóng xạ trong nước nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng và giảm chi phí cho bệnh nhân là mục tiêu hàng đầu của ngành hạt nhân nói chung và sản xuất dược chất phóng xạ nói riêng. 2
Với những lý do trên, chúng tôi chọn nội dung “Nghiên cứu điều chế hợp chất 166Ho-EDTMP cho mục đích ứng dụng trong y học hạt nhân” làm đề tài nghiên cứu của khóa luận, nhằm xác lập quy trình đánh dấu phù hợp, tối ưu để điều chế 166Ho-EDTMP và tiến hành kiểm tra chất lượng sản phẩm. 3
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Y học hạt nhân 1.1.1. Định nghĩa [1] Y học hạt nhân (YHHN) là một chuyên ngành mới của y học bao gồm việc sử dụng các đồng vị phóng xạ (ĐVPX) và hợp chất phóng xạ, chủ yếu là các nguồn phóng xạ hở để chẩn đoán, điều trị bệnh và nghiên cứu y học. Việc ứng dụng các ĐVPX chủ yếu dựa theo hai kỹ thuật cơ bản: kỹ thuật đánh dấu phóng xạ và kỹ thuật dùng bức xạ phát ra từ các ĐVPX để tạo ra các hiệu ứng sinh học mong muốn trên cơ thể sống. 1.1.2. Lịch sử phát triển [2] Sự ra đời và phát triển của YHHN gắn liền với thành tựu và tiến bộ khoa học trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là vật lý hạt nhân, kỹ thuật điện tử, tin học và hóa dược phóng xạ. Điểm qua các mốc lịch sử như sau: Năm 1896, Becquerel đã phát hiện ra hiện tượng phóng xạ qua việc phát hiện bức xạ từ quặng Uran. Sau đó là các phát minh trong lĩnh vực vật lý hạt nhân của hai vợ chồng nhà khoa học Marie và Pierre Curie cùng nhiều nhà khoa học khác. Một mốc quan trọng trong kỹ thuật đánh dấu phóng xạ là năm 1911, George Hevesy đã sử dụng các đồng vị là chất đánh dấu để nghiên cứu các quá trình hóa học. Năm 1934, Irene Curie và Frederic Joliot bằng thực nghiệm dùng hạt alpha bắn phá vào hạt nhân nguyên tử nhôm đã phát hiện ra các biến đổi của hạt nhân trong quá trình bắn phá, lần đầu tiên tạo ra các ĐVPX nhân tạo 30P và hạt neutron. Việc tạo ra hạt neutron đã có được nhiều tiến bộ trong chế tạo các máy gia tốc, thiết bị có ý nghĩa quan trọng trong điều trị ung thư và sản xuất các đồng vị phóng xạ ngắn ngày. Với thành tựu tìm ra ĐVPX 99mTc từ 99Mo của Segre và Seaborg năm 1938 đã có ảnh hưởng đáng kể trong việc sử dụng ĐVPX vào chẩn đoán trong y học. Năm 1941 Hamilton lần đầu tiên dùng 131I để điều trị bệnh tuyến giáp, mở đầu cho việc sử dụng rộng rãi các ĐVPX nhân tạo vào điều trị bệnh. 4
1.2. Giới thiệu chung về dược chất phóng xạ trong y học hạt nhân 1.2.1. Khái niệm về dược chất phóng xạ Dược chất phóng xạ (DCPX) hay thuốc phóng xạ là dược phẩm có chứa ít nhất một hạt nhân phóng xạ dùng trong chẩn đoán, điều trị và nghiên cứu y sinh học. Thuốc phóng xạ có thể là các ĐVPX vô cơ hoặc có thể là các chất được đánh dấu ĐVPX. [3] 1.2.2. Phân loại dược chất phóng xạ [1] Thuốc phóng xạ sử dụng trong y học có thể sản xuất, điều chế ở các dạng chất khí, chất lỏng và có thể là dạng hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ: - Dạng khí: 85 Kr, 133Xe hay dùng cho xạ hình thông khí phổi - Dạng dung dịch uống: Na131I, 99mTcPO4-,… - Dạng dung dịch tiêm: 131I-Hippuran,… - Dạng keo: 99mTc Sulfur Colloid,… - Dạng hạt: Microsphere là Albumin đông vón kích thước hạt 500 milliμm ÷ 1μm, Macroaggregate là Albumin đông vón kích thước hạt lớn hơn từ 10 μm ÷ 75 μm. - Các tấm áp 32P dán ngoài da dùng cho điều trị. 1.2.3. Các thuộc tính của dược chất phóng xạ [2] Khi sử dụng thuốc phóng xạ cần bảo đảm an toàn về thuốc đồng thời bảo đảm các yếu tố an toàn khi sử dụng một chất phóng xạ, chúng ta cần lưu ý các thuộc tính sau đây: - Thời gian bán rã vật lý của hạt nhân phóng xạ (Tp) Là khoảng thời gian để các hạt nhân đồng vị phóng xạ giảm đi một nửa do quá trình tự phân rã. Thời gian bán rã phải không quá dài, không quá ngắn, đủ để kịp vận chuyển từ nơi sản xuất đến nơi sử dụng, đủ thời gian để theo dõi nghiệm pháp và ghi đo. Nếu thời gian bán rã quá ngắn (tính bằng giây) trên thực tế không sử dụng được, ngược lại nếu thời gian bán rã quá dài bệnh nhân sẽ bị một liều chiếu lớn không cần thiết. - Thời gian bán rã sinh học (Tb) Là khoảng thời gian mà một nửa lượng của chất đưa vào cơ thể sinh vật bị đào thải ra ngoài. 5
- Thời gian bán rã hiệu ứng (Tef) Là khoảng thời gian trong đó các hạt nhân đồng vị phóng xạ đã đưa vào cơ thể giảm đi một nửa (vừa do phân rã vật lý, vừa do loại trừ sinh học). Mối tương quan giữa Tef, Tp và Tb được quy định bởi công thức 𝑇𝑝 𝑇𝑏 𝑇𝑒𝑓 = (1.1) 𝑇𝑝 +𝑇𝑏 Thời gian bán rã hiệu ứng của một chất, có thể ngắn hơn nhiều so với thời gian bán rã vật lý, nếu chất này được thải nhanh ra khỏi cơ thể. Ví dụ: 14C có Tp=5600 năm song Tef = 35 ngày. Một điểm cần lưu ý trong việc dùng các hợp chất đánh dấu là một chất ĐVPX có Tp không đổi nhưng Tef có thể rất khác nhau, tùy thuộc dạng hợp chất. Ví dụ: 131I có Tp= 8 ngày, nếu đưa vào cơ thể dưới dạng natri iodua thì một lượng tập trung ở tuyến giáp và lượng này được thải ra với tốc độ rất chậm với Tef khoảng 7,6 ngày. Còn 131I dưới dạng hợp chất 131I-Hippuran khi tiêm vào tĩnh mạch thì nhanh chóng được thận thải hết ra ngoài theo đường nước tiểu trong khoảng mấy chục phút. Thời gian bán rã hiệu ứng có ý nghĩa quan trọng trong tính liều điều trị và trong vệ sinh an toàn bức xạ. - Hiệu ứng của bức xạ lên chất đánh dấu Để đảm bảo nghiệm pháp được tiến hành trong điều kiện sinh lý, ĐVPX sử dụng không được làm tổn thương hay thay đổi thuộc tính sinh học của phân tử đánh dấu. Ví dụ: 59Fe trong phân tử Hemoglobin, 131I đánh dấu protein. - Hoạt tính riêng Là hoạt độ phóng xạ của một đơn vị trọng lượng chất đánh dấu. Đơn vị thường dùng là mCi/mg hay mCi/mmol với các hợp chất hữu cơ. Hoạt tính riêng bảo đảm không đưa vào cơ thể một lượng lớn chất đánh dấu dẫn đến những rối loạn sinh lý, chức năng của cơ thể sinh vật do hoạt tính sinh học của chất đấnh dấu. - Độ tính khiết hạt nhân phóng xạ Độ tinh khiết phóng xạ quy định mức độ tạp chất phóng xạ nhiều hay ít, thể hiện bằng tỷ lệ % hoạt tính của ĐVPX sử dụng so với tổng hoạt tính. Ví dụ: DCPX B12-58Co có độ tinh khiết phóng xạ cao hơn 98% nghĩa là 58Co chiếm nhiều hơn 98% tổng hoạt tính, còn dưới 2% là hoạt tính do các tạp chất phóng xạ khác. 6
- Độ tinh khiết hoá phóng xạ Quy định bởi tỷ lệ phần hoạt tính nằm trong phân tử đánh dấu so với tổng hoạt tính. Ví dụ: với chế phẩm vitamin B12-58Co có độ tinh khiết phóng xạ lớn hơn 95% tức là hoạt tính của 58Co trong phân tử B12 chiếm trên 95% tổng hoạt tính, còn lại dưới 5% là 58Co tự do và các tạp chất phóng xạ khác. - Độ tinh khiết hoá học Quy định tỷ lệ các tạp chất hoá học lẫn vào qua việc xác định bằng các phương pháp phân tích hóa học thông thường. - Các chỉ số an toàn Giống như tất cả các loại thuốc khác, thuốc phóng xạ cũng phải bảo đảm các yếu tố: vô trùng, không gây sốt, có thể dùng theo đường uống hoặc tiêm, an toàn khi sử dụng. 1.2.4. Cơ chế tập trung dược chất phóng xạ trong chẩn đoán và điều trị [1][2] YHHN ghi hình hay điều trị tại một cơ quan bị bệnh hoặc một hệ thống sinh học như máu, dịch não tủy, dịch trong ngoài tế bào, cơ xương khớp,… đòi hỏi phải có những thuốc phóng xạ tập trung đặc hiệu vào đó. Cơ chế tập trung vào những đích trên cơ thể là một trong những cơ chế sau đây: - Chuyển vận tích cực Trong cơ thể sống, sự phân bố nồng độ một số ion vật chất trong và ngoài tế bào có thể có sự chênh lệch rất khác nhau. Đó chính là do cơ chế “chuyển vận tích cực”. Dựa vào cơ chế này để đưa Iôt phóng xạ tập trung cao hơn hàng trăm lần vào tế bào tuyến giáp phục vụ chẩn đoán và điều trị. - Khuếch tán Thông thường, sự cân bằng nồng độ chất là do khuếch tán từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp. Riêng ở não, mạch máu có một hàng rào sinh học ngăn cản sự khuếch tán những chất không cần cho não từ mạch vào tế bào não. Nhưng khi não có tổn thương, hàng rào sinh học bị phá vỡ, DCPX có thể khuếch tán từ hệ vi mạch vào vùng não tổn thương. Nhờ đó, có thể ghi hình khối u não, thiểu năng tuần hoàn não. 7
- Chuyển hóa Một số đồng vị phóng xạ ở dạng muối vô cơ hoặc hữu cơ dưới dạng DCPX có thể tham gia vào chuyển hóa trong một số loại tế bào của một số tổ chức cơ quan trong cơ thể. Dựa vào cơ chế này, ngành YHHN đã dùng những DCPX để ghi hình những tổn thương đang tăng sinh như đang bị viêm hay đang có khối u phát triển. - Lắng đọng Một số DCPX dạng keo hạt có trọng lượng phân tử và hạt keo rất nặng. Khi các hạt keo này đi từ động mạch vào vi mạch trong gian bào, do nặng nên bị đọng lại ở đó. Trong thời gian lắng đọng ở các tổ chức liên võng nội mô, có thể ghi hình cho chẩn đoán hoặc có thể dùng điều trị. - Đào thải Trong cơ thể có hai cơ quan đảm nhiệm chức năng đào thải lớn nhất là gan và thận. Dựa vào chức năng này, ngành YHHN dùng những DCPX thải qua gan để chẩn đoán chức năng gan như 131 I-Rosebengal, hay 131 I-Hippuran dùng để chẩn đoán chức năng thận. - Thực bào Các tổ chức liên võng nội mô trong cơ thể có nhiệm vụ thực bào. Khi có các chất lạ xâm nhập vào gian bào, các tế bào liên võng giữ các chất lạ lại và ăn theo cơ chế tự tiêu. - Tắc nghẽn vi mạch tạm thời Trong ghi hình tưới máu phổi để thăm dò vị trí tắc nghẽn động mạch phổi để thăm dò vị trí tắc nghẽn động mạch phổi, tắc nghẽn hệ vi mạch phổi bằng 131I- macroaggregates. Khi các hạt này vào hệ vi mạch trong phổi làm tắc nghẽn tạm thời hệ vi đông mạch phổi, do đó có thể ghi hình phổi . - Chỉ lưu thông trong máu tuần hoàn Để ghi hình các khối u máu, ngành YHHN dùng các DCPX chỉ lưu thông trong hệ mạch máu tuần hoàn. - Chỉ lưu thông trong dịch não tủy, dịch sinh học Các DCPX có kích thước phân tử lớn hoặc nhỏ hơn đều có thể dùng được nếu chúng không thoát ra ngoài hệ dịch cần ghi hình. 8