Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 20, số 4/2015<br />
<br />
<br />
<br />
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ 177Lu<br />
TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT<br />
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ĐỒNG VỊ NÀY TRONG Y TẾ<br />
PHẦN 1. NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT ĐỒNG VỊ 177Lu TRÊN LÒ<br />
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT<br />
<br />
Đến tòa soạn 31 – 3 – 2015<br />
<br />
<br />
Nguyễn Ngọc Tuấn, Dương Văn Đông, Bùi Văn Cường,<br />
Phạm Thành Minh, Nguyễn Thị Hằng<br />
<br />
SUMMARY<br />
<br />
STUDY ON PRODUCTION OF 177Lu FOR MEDICAL PURPOSES AT<br />
DALAT NUCLEAR RESEARCH REACTOR<br />
PART 1. STUDY ON PRODUCTION OF 177Lu AT DALAT<br />
NUCLEAR RESEARCH REACTOR<br />
<br />
Dalat Nuclear Research Reactor is a low power reactor with 500MW. Its neutron flux at<br />
neutron trap is 2.1013n/cm2.sec.<br />
Study on production of 177Lu radioisotope for medical application has been carried out during<br />
2012-2014 in Dalat Nuclear Research Reactor.<br />
The obtained analytical results shows that 177Lu radioisotope can be produced by irradiation<br />
of target 176Lu enriched to 2,59% at Dalat Nuclear Research Reactor with the following<br />
reaction 176Lu (n,γ) 177Lu. The radioactivity of 177Lu obtained by using this procedure is 39,59<br />
177<br />
Ci/g; meanwhile the radioactivity of Lu produced by irradiation of target 176Yb enriched to<br />
97,1% at Dalat Nuclear Research Reactor with the following reaction 176Yb(n,γ) 177Yb 177Lu<br />
+β- is very low, 15mCi/50mg. Therefore, it cannot be applied to medical purposes. The yield<br />
of separation of 177Lu from 177Yb is approximately 70%.<br />
<br />
1. MỞ ĐẦU việc điều trị các khối u [1, 2]. Đồng vị 177Lu<br />
Lu-177 là đồng vị phóng xạ được ứng dụng được điều chế bằng hai cách:<br />
rất có hiệu quả trong điều trị nhắm đích do - Cách thứ nhất: Chiếu xạ 176Lu trên lò phản<br />
có chu kỳ bán rã ngắn (6,7 ngày) và năng ứng hạt nhân theo phản ứng sau: 176 Lu (n,γ)<br />
177 176<br />
lượng phát bức xạ bêta rất thích hợp trong Lu; trong đó Lu tự nhiên có độ phổ<br />
<br />
<br />
<br />
183<br />
biến là 2,59%; tiết diện bắt nơtron của phản - Máy sắc ký lỏng cao áp (HPLC) của hãng<br />
ứng là 2050barn. Trong phản ứng này, bia Shimadzu, Nhật Bản<br />
đem chiếu xạ dưới dạng 176Lu2O3, sản phẩm 2.2. Dụng cụ<br />
177<br />
là đồng vị Lu phát bức xạ bêta với năng - Container nhôm hình trụ; độ dài: 23,6cm;<br />
lượng cực đại 497 keV chiếm 78,8%, năng đường kính trong: 2,2cm; đường kính<br />
lượng trung bình 149keV; phát bức xạ ngoài: 2,6cm<br />
gamma với các đỉnh 113, 208, 250 và 321 - Ampule thạch anh có đường kính trong:<br />
keV, trong đó đỉnh 208 keV có hiệu suất 0,6cm; đường kính ngoài: 0,8cm, dài 2,5cm<br />
phát cao nhất là 11% [1, 2]. - Các loại cốc thủy tinh chịu nhiệt: 50mL,<br />
- Cách thứ hai: Chiếu xạ 176Yb trên lò phản 100 mL, 250mL; bình định mức 50mL,<br />
ứng hạt nhân; phản ứng tạo thành 177Lu như 100mL; pipete, micropipet đều của cộng<br />
sau: hòa Liên bang Đức.<br />
176 177 177 -<br />
Yb(n,γ) Yb Lu + β ; tiết diện của - Cột trao đổi ion bằng thủy tinh của Đức;<br />
phản ứng là 5,5 barn đường kính trong 1cm, dài 30 cm; cột C18<br />
Tuy sản phẩm 177Lu tạo thành không có 2.3. Hóa chất:<br />
chất mang, rất thích hợp cho việc đánh dấu, - Lu2O3 có độ giàu đồng vị 176Lu là 2,59%,<br />
nhưng do tiết diện bắt nơtron khá nhỏ nên độ sạch hóa học là 99,99% của hãng<br />
sản phẩm tạo thành có hoạt độ phóng xạ Sigma-Aldrich, Mỹ<br />
không cao như cách thứ nhất [2, 3]. - Yb2O3 có độ giàu đồng vị 176Y là 97,1%,<br />
Trong công trình này, chúng tôi giới thiệu độ sạch hóa học là 99,99% của hãng<br />
kết quả nghiên cứu điều chế 177Lu trên lò Sigma-Aldrich, Mỹ<br />
phản ứng hạt nhân Đà Lạt (loại lò có công - Nhựa trao đổi ion Dowex-50X8, 200-<br />
suất thấp) bằng hai cách trên. 400mesh được nhập khẩu từ Công ty Hóa<br />
2. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT chất Dow, Mỹ<br />
2.1. Thiết bị: - Axit HCl đặc của hãng Merck, cộng hòa<br />
- Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt có công suất Liên bang Đức<br />
danh định 500kW, thông lượng nơtron tại - Các hóa chất và dung môi khác phục vụ<br />
13 2<br />
bẫy chiếu (kênh 1-4) là Φ = 2x10 n/cm .s. cho quá trình tách Lu ra khỏi bia Yb sau<br />
- Máy đo hoạt độ phóng xạ liều cao chiếu xạ<br />
Capintec của Mỹ, dải đo từ 0,001- 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br />
80.000mCi 3.1. Tính hoạt độ phóng xạ 177Lu tạo<br />
- Máy đo hoạt độ phóng xạ, CR- 127, thành từ bia 176Lu được chiếu xạ trên lò<br />
Capintec và ISOMED 2000, Mỹ phản ứng hạt nhân Đà Lạt.<br />
- Hệ phổ kế gamma đa kênh của hãng Theo phương trình[4]:<br />
Ortec, Mỹ 0.693<br />
<br />
6.023.10 23. . ac .G.g <br />
T<br />
- Bếp đun khuấy từ của Cộng hòa Liên A1 ( ) 1 e 1 <br />
100.M <br />
bang Đức<br />
Trong đó:<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
184<br />
- A1: Hoạt độ phóng xạ của đồng vị cần xác - t: Thời gian chiếu<br />
định - 6,023x1023: Số Avogadro<br />
177<br />
- Φ: Là thông lượng nơtron tại vị trí chiếu 3.2. Tính hoạt độ phóng xạ Lu tạo<br />
176<br />
mẫu thành từ bia Yb được chiếu xạ trên lò<br />
- σac: Tiết diện hoạt hoá (barn) phản ứng hạt nhân Đà Lạt.<br />
176<br />
- G: Độ phổ biến đồng vị (%) Phản ứng : Yb(n,γ)177Yb (T1<br />
- g: Khối lượng mẫu chiếu (g) 1µg=10- 177<br />
½=1,911h) Lu (T2 ½=6,7d); sau thời<br />
6<br />
gram gian chiếu xạ τ hoạt độ phóng xạ của đồng<br />
- M: Khối lượng nguyên tử (g) của đồng vị vị 177Lu được tính như sau [4]:<br />
cần điều chế<br />
- T1: Thời gian bán rã (giây) của đồng vị<br />
tạo thành<br />
0.693 0.693 0.693 0.693<br />
6.023.10 23. . ac .G. g t t<br />
A2 ( K (1 e T1<br />
) e T1<br />
F (1 e T2<br />
) e T2<br />
<br />
100.M <br />
T1<br />
Kx<br />
T1 T2<br />
T1 <br />
F x1 <br />
T1 T2 <br />
Trong đó: x: Tỉ lệ phân nhánh dẫn tới hình thành<br />
Φ: Thông lượng neutron (Φ = 2x1013 n.cm- nguyên tố con (được liệt kê trong bảng<br />
2<br />
.s-1) ( Thông lượng của lò Đà lạt) phân rã)<br />
176<br />
σac: Tiết diện kích hoạt Yb tính bằng; Từ 2 công thức trên và các thông số của bia<br />
(barn=10-24 cm2) = 5,5x10-24 cm2 ( tiết diện chiếu xạ 176Lu và 176Yb, dễ dàng tính được<br />
neutron của phản ứng 176Yb(n, γ)177Yb hoạt độ phóng xạ của đồng vị phóng xạ<br />
G: Độ giàu hay độ phổ biến đồng vị 176Yb 177<br />
Lu tạo thành. Như vậy, theo lý thuyết,<br />
g: Khối lượng mẫu chiếu (1 µg = 10-6 nếu chiếu 1gam<br />
176<br />
gram); Lu có độ giàu 2,59%, tiết diện bắt<br />
M: Trọng lượng nguyên tử của Yb. nơtron là 2050barn, tại bẫy nơtron có thông<br />
T1: Thời gian bán rã của 177Yb là lượng<br />
1,91hx3600s=6876s Φ= 2.1013n/cm2.sec trong thời gian 108 giờ<br />
177<br />
T2: Thời gian bán rã của Lu là sẽ nhận được hoạt độ phóng xạ của sản<br />
5<br />
6,7dx24hx3600s=5,788x10 s phẩm tạo thành 177Lu= 42 mCi/g<br />
τ :Thời gian chiếu xạ nơtron Nếu chiếu 1g 176Yb có độ giàu 12,76%, tiết<br />
t : Thời gian làm nguội, ở đây chỉ tính hoạt diện bắt nơtron là 5,5barn tại bẫy nơtron có<br />
độ ngay sau khi lò dừng nên t=0, do đó các thông lượng Φ= 2.1013n/cm2.sec, trong thời<br />
hệ số e0=1 được loại trừ trong các tích số ở gian 108 giờ sẽ nhận được hoạt độ phóng<br />
công thức trên.<br />
<br />
<br />
<br />
185<br />
177<br />
xạ của sản phẩm tạo thành Lu= nguội khoảng 30 giờ cho một số hạt nhân<br />
216mCi/g. phóng xạ phụ có thời gian sống ngắn như<br />
Nếu chiếu 1g 176Yb có độ giàu 97,1 %, tiết 176m<br />
Lu (T1/2 = 3,7h) rã hết. Sau thời gian<br />
diện bắt nơtron là 5,5barn tại bẫy nơtron có làm nguội, bia Lu2O3 được chuyển vào box<br />
thông lượng Φ= 2.1013n/cm2.sec, trong thời chuyên dụng, (có che chắn bức xạ bằng<br />
gian 108 giờ sẽ nhận được hoạt độ phóng gạch chì và kính chì, có thông gió và lọc<br />
xạ của sản phẩm tạo thành 177Lu= khí)<br />
1628mCi/g. Bia chiếu xạ được hoà tan bằng 8mL acid<br />
Nhận xét: Từ kết quả tính toán, có thể nhận HCl 8M và 5mL H2O2 30% trong bình cầu<br />
thấy rằng khi chiếu 176Yb có độ giàu 3 cổ có gắn sinh hàn hồi lưu và đun trên<br />
12,76% trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt bếp khuấy từ trong vòng 2-4 giờ. Sau khi<br />
(Loại lò có công suất nhỏ), sản phẩm 177Lu bia tan hoàn toàn, tiếp tục cô cạn bằng cách<br />
thu được có hoạt độ rất thấp, không đủ để cho bay hơi đến khi chỉ còn bã màu trắng,<br />
ứng dụng trong y tế. Vì vậy, trong các để nguội. Tái hòa tan bằng 5ml HCl 0,05M,<br />
nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi tập trung như vậy sẽ thu được 177LuCl3. Sản phẩm<br />
vào việc chiếu xạ 176 Lu có độ giàu 2,59% được lọc qua phin lọc milipour 0,22µm để<br />
và 176Yb có độ giàu 97,1 %. làm dung dịch gốc và thực hiện các thí<br />
177<br />
4. ĐIỀU CHẾ LU BẰNG VIỆC CHIẾU nghiệm tiếp theo [1, 2].<br />
176 176<br />
XẠ LU CÓ ĐỘ GIÀU 2,59% VÀ YB Từ dung dịch gốc dùng micropipete lấy<br />
CÓ ĐỘ GIÀU 97,1 %. 100µl pha loãng thành 10ml (dd-I), sau đó<br />
4.1. Điều chế 177Lu từ bia chiếu xạ 176 Lu có pha loãng thêm một lần nữa bằng các lấy<br />
độ giàu 2,59% trên lò phản ứng Đà Lạt. 100µl dd-I pha loãng thành 10ml (dd-II)<br />
Cân chính xác 0,3950g Lu (tính theo Lấy 3µl dung dịch thấm lên giấy lọc, để<br />
Lu2O3) cho vào ampule thủy tinh thạch anh, khô tự nhiên; sau đó, đo hoạt độ phóng xạ<br />
hàn kín; cho ampule vào container nhôm; trên Hệ phổ kế gamma đa kênh DSPEC<br />
chiếu xạ trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ORTEC detector HPGE, hiệu suất ghi<br />
có công suất 500kW, thông lượng nơtron tương đối 58%, độ phân giải năng lượng<br />
2.1013 n/cm2.s, thời gian chiếu 108 giờ. Để 1,9keV. Kết quả thu được ở hình 1.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
177<br />
Hình 1: Phổ của Lu trong mẫu<br />
<br />
<br />
186<br />
Kết quả đo 3 mẫu làm như trên được trình 3 x 0,7481x3,7x1010<br />
bày trong bảng 1. Kết quả tính toán từ số liệu đo được ở trên<br />
Bảng 1. Kết quả xác định hoạt độ phóng xạ cho tổng hoạt độ phóng xạ của 177Lu trong<br />
của 177Lu mẫu là: 39,56mCi/mgLu<br />
Mẫu Lu-177 (1) T.gian đo 1phút= 60sec Kết quả nhận được trong Bảng 1 cho thấy:<br />
Hoạt độ thực thấp hơn hoạt độ tính toán<br />
Số đếm 36480 (113keV)<br />
theo lý thuyết. Điều này hoàn toàn phù hợp<br />
Hoạt độ thời điểm đo 2194979 = 2,19E+06 Bq bởi lẽ kết quả tính toán lý thuyết là điều<br />
Số đếm 53921 (208 keV) kiện lý tưởng, trong khi thực tế sản xuất<br />
còn phụ thuộc rất nhiều thông số thực<br />
Hoạt độ thời điểm đo 2440948 =2,44E+06 Bq<br />
nghiệm như container nhôm, ampule thủy<br />
Mẫu Lu-177 (2) Tgian đo 1phút= 60sec tinh, mật độ bia chiếu xạ, nhiệt độ, v.v...đặc<br />
Số đếm 37968 (113keV) biệt do hiệu ứng cháy của bia chiếu xạ làm<br />
giảm số nguyên tử bia tham gia phản ứng<br />
Hoạt độ thời điểm đo 2284511 = 2,28E+06 Bq<br />
kích hoạt.<br />
Số đếm 56297 (208keV) 4.2. Điều chế 177<br />
Lu bằng việc chiếu xạ<br />
176<br />
Hoạt độ thời điểm đo 2548507= 2,55E+06 Bq Yb có độ giàu 97,1% trên lò phản ứng<br />
Đà Lạt<br />
Mẫu Lu-177 (3) Tgian đo 1phút= 60sec<br />
+ Chuẩn bị mẫu, chiếu xạ<br />
Số đếm 41949 (113keV) Sau khi sấy khô, cân chính xác bằng cân<br />
Hoạt độ thời điểm đo 2524045 = 2,52E+06 Bq phân tích một lượng 50mg bia Yb2O3 đã<br />
176<br />
được làm giàu (độ giàu đồng vị Yb là<br />
Số đếm 61929 (208 keV)<br />
97,1%) cho vào ampule thạch anh, hàn kín,<br />
Hoạt độ thời điểm đo 2803462 = 2,80E+06 Bq cho ampule vào container nhôm, chiếu xạ<br />
nơtron trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt.<br />
Tính hoạt độ phóng xạ ở 208 keV (đỉnh - Vị trí chiếu là bẫy neutron<br />
năng lượng cao nhất) cho kết quả như sau: - Thông lượng: 2.1013n/cm2.s<br />
- Hoạt độ trung bình = 2,5966x106 Bq - Thời gian chiếu: 108giờ<br />
- Số lượng: 3µl dung dịch gốc đã pha loãng - Thời gian làm nguội: 30giờ<br />
100 lần + Xử lý mẫu [3, 5, 6]<br />
- Thời gian làm nguội là 67 giờ Làm nguội mẫu bia Yb2O3 đã chiếu xạ<br />
177<br />
- Hệ số phân rã của Lu tại thời điểm 67 được chuyển vào box thí nghiệm. Ở đó<br />
giờ là 0,7481 ampule mẫu được mở và cho bia chiếu xạ<br />
- Hoạt độ thực là: vào trong cốc. Hòa tan bia bằng 8ml HCl<br />
6 2 3<br />
2,5966x10 x10 x5x10 = 15,63 Ci/0,395g 8M, chuyển toàn bộ mẫu sang bình cầu 3<br />
Lu = 39,56Ci/g hay 39,56mCi/mg cổ 250ml đã gắn sẵn sinh hàn hồi lưu và<br />
<br />
<br />
<br />
187<br />
được đặt trên bếp từ. Cốc chứa mẫu được Vì trên thiết bị HPLC không có đầu dò<br />
tráng bằng 2 ml HCl 8M (mảnh thủy tinh sẽ phóng xạ nên trong khi thiết bị chạy pha<br />
được giữ lại trong cốc), bật bếp đun có động tại lối ra của cột đã chuẩn bị sẵn các<br />
khuấy từ, đồng thời thêm từ từ vào bình khay chuyển mẫu có lắp sẵn các ống tube<br />
5ml H2O2 30%, tiếp tục đun hồi lưu cho nhựa để lấy phân đoạn các mẫu dung dịch<br />
đến khi bia tan hoàn toàn. Sau khi bia tan qua cột từng ml rồi đem đo trên máy đo<br />
hết, làm bay hơi cho đến khi chỉ còn bã đếm phóng xạ CAPRAC, ghi hoạt độ<br />
màu trắng thì tắt bếp, để nguội. Bia sau khi phóng xạ đo được. Mẫu được đánh số thứ<br />
nguội sẽ được tái hòa tan bằng 5ml HCl tự và được lưu giữ để làm các thí nghiệm<br />
177<br />
0,05M, thu được dung dịch YbCl3. Dung tiếp theo. Pha động được chạy liên tục đồng<br />
dịch này là dung dịch gốc, từ đây có thể thời với việc lấy phân đoạn từng ml cho<br />
pha loãng nồng độ theo yêu cầu. Để nạp đến khi tổng số đếm của tất cả các mẫu xấp<br />
mẫu lên cột; nồng độ của mẫu phải xỉ bằng với số đếm của 10µl dung dịch mẫu<br />
177<br />
≥1µg/µl. đã được tiêm vào cột. Lấy riêng phần Lu<br />
177<br />
+ Tách Lu từ bia chiếu xạ [3, 5, 6] trong các phân đoạn nằm trong pha động,<br />
Cột C18 được làm sạch và lắp vào máy điều chỉnh dung dịch sao cho pH80%. Tuy vậy, hoạt độ riêng vẫn còn thấp<br />
26 đến phân đoạn 43; những phân đoạn tiếp chưa đủ để ứng dụng (~15mCi/50mg).<br />
theo là của 176Yb.<br />
Nhận xét: Kết quả kiểm tra chất lượng sản<br />
phẩm sau khi tách cho thấy với điều kiện<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 3: Phổ 177Lu sau khi khi tách 177Lu khỏi bia chiếu xạ<br />
<br />
Trước khi tách không ghi được phổ do các Điều đó chứng tỏ 177Lu đã được tách khỏi<br />
đồng vị khác nhau của Yb phát bức xạ bêta bia Yb chiếu xạ. Tách 177Lu từ pha động 2-<br />
che phủ các đỉnh năng lượng phát tia HIBA 0,25M và 1-OS 0,1M có tỷ lệ khác<br />
177<br />
gamma của Lu; sau khi tách, các đỉnh đều cho hiệu suất thấp hơn và sự tách là<br />
năng lượng gamma của 177Lu rất rõ ràng. không hoàn toàn.<br />
<br />
<br />
<br />
189<br />
5. KẾT LUẬN 2.Christoph Barkhausen. (2011) Production<br />
177<br />
- Qua kết quả khảo sát quá trình tách Lu of non carrier added (n.c.a.) 177Lu for<br />
khỏi bia Yb chiếu xạ, mặc dù hoạt độ riêng radiopharmaceutical application.<br />
còn thấp song có thể thấy pha động 2- Technische Universitat Munchen,<br />
HIBA 0,25M và 1-OS 0,1M có tỷ lệ 2:1 có Germany.<br />
thể được lựa chọn để phát triển tối ưu cho 3. P.S. Balasubramanian. (1994) Separation<br />
phương pháp tách 177Lu không chất mang of carrier-free Lutetium-177 from neutron<br />
từ bia Yb2O3. irradiated natural ytterbium target. Journal<br />
- Công suất và thông lượng nơtron của lò of radioanalytical and nuclear chemistry,<br />
phản ứng hạt nhân Đà Lạt không thích hợp Articles, Vol.185, No.2, 305-310.<br />
cho việc sản xuất đồng vị phóng xạ 177Lu 4. E.Bujdoso, I. Feher, G.Kardos. (1973)<br />
từ bia Yb2O3 kể cả khi bia đã được làm giàu Activation and decay Tables of<br />
tới 97,1%. Radioisotopes. Akademia, Kiado,<br />
- Có thể sử dụng đồng vị 177Lu điều chế từ Budapest.<br />
bia 176Lu sau khi bia được chiếu xạ trên lò 5. Le Van So, N.Morcos, M.Zaw,<br />
phản ứng hạt nhân Đà Lạt để nghiên cứu P.Pellerini, I.Greguric, A. Nevissi. (2008)<br />
quá trình đánh dấu với EDTMP và thử Alternative chromatographic processes for<br />
177<br />
nghiệm mức độ phân bố của dược chất no carrier added Lu radioisotope<br />
phóng xạ này trên động vật thí nghiệm separation.<br />
nhằm tiến tới ứng dụng để điều trị di căn Part I. Multi-column chromatographic<br />
ung thư xương trên người. process for clinically applicable. Journal of<br />
177<br />
- Để có thể ứng dụng Lu trong y radioanalytical and nuclear chemistry, Vol.<br />
tế, cần phải có lò phản ứng hạt nhân có 277, No.3, 663-673.<br />
công suất lớn hợn nhiều lần lò phản ứng hạt 6. Le Van So, N.Morcos, M.Zaw,<br />
nhân Đà Lạt, lò phải có thông lượng nơtron P.Pellerini, I.Greguric, A. Nevissi. (2008)<br />
tại bẫy > 1014n/cm2.sec để chiếu xạ bia Alternative chromatographic processes for<br />
177<br />
Yb2O3. no.carrier added Lu radioisotope<br />
separation.<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO Part II. The conventional column<br />
1. Edita Mjekiqi. (2012) Estination of the chromatographic separation combined with<br />
absorbed dose to patients treated with HPLC for high purity. Journal of<br />
177<br />
Lu-Dotatate with regards to the long- radioanalytical and nuclear chemistry, Vol.<br />
term retention and radionuclide impurity in 277, No.3 675-683.<br />
the form of 177mLu. Master's Thesis,<br />
Department of Physics, Lund University,<br />
Germany.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
190<br />