СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА ЙОДА-131 В ФОРМЕ НАТРИЯ ЙОДИСТОГО БЕЗ НОСИТЕЛЯ

АННОТАЦИЯ

Данная работа описывает получение радионуклида йода-131 в форме натрия йодистого, без носителя, из облученных образцов обогащенного теллура-130 методом абсорбционной хроматографией с последующей сублимацией радионуклида йода-131 из сорбента оксида алюминия. Облученный образец двуокиси теллура, растворяется в 2,5 М растворе NaОН. После растворения полученный раствор пропускается через хроматографическую колонку, заполненную сорбентом оксида алюминия нанесенного ионами серебра. После того, хроматографическую колонку, промывают 2,5 М раствором NaOH и водой для инъекций до нейтральной среды, затем содержимое колонки переносятся в фарфоровый тигель и сублимируют йод-131 в установке сублимации, поглощая йод-131 в 0,05 М раствор NaOH.

ABSTRACT

This method consists of obtaining radionuclide iodine-131, in the form of sodium iodide, carrier free, by absorption chromatography and sublimation of radionuclide iodine-131. An irradiated tellurium dioxide sample is dissolved with a 2.5 M NaOH solution. After dissolution, the solution was lowered into a chromatographic column filled with a pre-prepared sorbent. After the entire solution of the irradiated sample passed through the chromatographic column, it was washed with a 2.5 M NaOH solution and water for injection to a neutral environment, then the contents of the column were transferred to a porcelain crucible and iodine-131 was distilled off at the temperature in the reactor vessel. Using this method, the radionuclide iodine-131 was obtained, suitable for the preparation of sodium iodide-131 for injection in medicine with characteristics that meet the World Pharmacological requirements.

Ключевые слова: радиофармацевтический препарат, радионуклид, йод-131, абсорбционной хроматография, сублимация, без носителя.

Keywords:  radiopharmaceutical, radionuclide, iodine-131, absorption chromatography, sublimation, carrier free.

Введение. Ядерная медицина – одно из самых инновационных и быстро развивающихся направлений современной научной мысли. Методы ядерной медицины помогают врачам выявлять опасные раковые клетки на начальной стадии развития заболевания, что обеспечивает возможность лечения практически со 100 % уверенностью.

История Радиойодтерапии ведет свое начало с 40-х годов XX века, где в США (в Бостоне и Беркли) впервые было осуществлено введение радиоизотопов йода на практике. С тех пор, за долгие годы использования, радиойодтерапия зарекомендовала себя в качестве достоверного, надежного и безопасного метода лечения [1]. 

Радионуклид I-131 обладает способностью к самопроизвольному распаду атома с периодом полураспада Т_1/2=8,05 суток. Терапевтическое действие осуществляется именно благодаря бета-частицам. Такие частицы имеют очень высокую скорость движения, но маленький пробег в мягких тканях (до 2 мм). В связи с повышенной аккумуляцией атомов йода щитовидной железы радионуклиды йод-131 также накапливаясь, проникают в биологические ткани клеток щитовидный железы и разрушают клетки опухоли (цитотоксическое действие) [3-5].

Существует два основных способа получения короткоживущего радиоизотопа йод-131. Первый способ основан на получении йода-131 из продуктов деления урана, который составляет около 3 %. Однако при таком способе полученный продукт имеет много недостатков, таких как специальное громоздкое сложное оборудование, требующее высококвалифицированного персонала для контроля многостадийного технологического процесса, присутствие в конечном продукте других нежелательных долгоживущих радионуклидных примесей, а также образование в больших количествах высокоактивных радиоактивных отходов, которые сдерживают  от широкого использования данного метода. Второй способ получения радионуклида йода-131 заключается в облучении теллуровых мишеней в ядерном реакторе [2]. В этом случае образуется моноизотоп йода-131. В связи с этим во всем мире для получения радионуклида йода-131 используется данный способ. 

Экспериментальная часть

В нашей научной работе в качестве облучаемого образца мы использовали оксид теллура (IV), обогащенный изотопом теллура-130 со степенью обогащения 99,9 %. Оксид теллура (IV) по 100 г помещается в кварцевую ампулу и герметично запаивается.  Внешний вид облучаемого образца показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Внешний вид облучаемого образца

Изотопный состав облучаемого образца оксида теллура (IV) приведена в таблице №1

Таблица 1.

Изотопный состав облучаемого образца оксида теллура (IV)

Для повышения выхода наработки радионуклида йода-131 облучение образца проводилось в специальном вертикальном канале реактора ВВР-СМ ИЯФ АНРУз внутри ТВС в течение 48 часов. Облученный образец двуокиси теллура, обогащенный стабильным изотопом ¹³⁰Те навеской 100 г перенесли в круглодонную колбу с плоским дном, содержащую 750 мл 2,5 М, раствор NaОН перемешивался время от времени до полного растворения и был нагрет до кипения для восстановления иона йодата до йодида ионов. После растворения и остывания раствора до комнатной температуры, отбирается аликвота для измерения количества радионуклида йода-131. Измерение активности проводилось на γ-спектрометре с полупроводниковым детектором из Германии Cannaberra №b21014 (США) в диапазоне энергии от 50 до 3000 кэВ. 

Получение радионуклида йода-131 в форме натрия йодистого, без носителя с абсорбционной хроматографией, с последующей сублимацией йода-131, осуществляется в хроматографическом приспособлении (далее устройство). Устройство, установленное в горячей камере, изображено на рисунке 2.

Рисунок 2. Хроматографическое устройство для очистки радионуклида йода-131 в форме натрия йодистого, без носителя

1). Хроматографическая колонка; 2). Свинцовый защитный кожух блок детектора дозиметра; 3). Блок детектор дозиметра; 4). Дозиметр МКС-РМ1403; 5). Приемная колба; 6). Колба с раствором облученного образца; 7). Перистальтический насос.

Устройство имеет вид стеклянной хроматографической колонки (1) размером Ø-10мм, h-50мм содержащего сорбент из оксида алюминия (100-200 меш), для хроматографии с нанесенным на нем ионом серебра. Подача раствора облученного образца (6) на хроматографическую колонку осуществляется с помощью перистальтического насоса (7). Вытекающий раствор (элюат) (5) из хроматографической колонки проходит через отверстие защитного свинцового кожуха (2) в блок детектором дозиметрического прибора (3) для контроля радиоактивного фона вытекающего раствора. Дозиметрический прибор (4), в свою очередь подключен к самописцу.

Раствор опушен в один конец трубки из перистальтического насоса, где второй конец подключен к хроматографической колонке, заполненной заранее приготовленным сорбентом, и раствор пропускается со скоростью 10 мл/мин.  

Процесс приготовления сорбента заключается в следующем:

Кислый оксид алюминия (100–200 меш) промывается водой для инъекций, и мелкие частицы отбрасывается декантацией, затем высушивается в сушильном шкафу. Сухой оксид алюминия (10 г) пропитывается серебром добавлением к нему 5,5 мл 4 М раствора нитрата серебра. Полученная смесь вновь высушивается. Затем к полученной смеси добавляется 10,0 мл 2,0 М раствор аскорбиновой кислоты, нагретой до 50 °С.  Смесь нагревается в течение 15 мин, при перемешивании время от времени. После удаляется надосадочная жидкость, и промывается холодной водой для инъекций до полного удаления нитрат-ионов и высушивается в печи при 200 °С в течение 4 ч и просеивается.

После того, как весь раствор облученного образца прошел через хроматографическую колонку, она промывается 20,0 мл 2,5 М раствором NaOH и водой для инъекций до нейтральной среды, затем содержимое колонки количественно переносится в фарфоровый тигель и отгоняется йод-131 в сосуде реакторе, создавая разрежение 6,7–8,0x10⁴ Па и обеспечивая нагрев до 560 ± 5°С в течение 1,0 часа, поглощая йод-131 в 0,05 М раствор едкого натрия.

Эту операцию схематически можно изобразить следующим образом.

I. Процесс растворения облученного образца:

Te0₂+ 3¹³¹I₂+ 8NaOH = Na₂Te0₃+ 5Na¹³¹I + Na¹³¹I0₃ + 4H₂0

2Na¹³¹IO₃  2Na¹³¹I + 30₂

II. Процесс сорбции йодид ионов на сорбент

Al₂0₃(Ag⁺) + ¹³¹I^-    Al₂0₃(Ag⁺)¹³¹I^-

III. Процесс сублимации.

Al₂O₃(Ag⁺)¹³¹I^-   131I₂↑           ¹³¹I₂↑ + NaOH → Na¹³¹I

Результаты и обсуждения. Результаты полученного конечного очищенного продукта натрия йодида с йодом-131, без носителя абсорбционной хроматографией с последующей сублимацией радионуклида йода-131 приведены в таблице № 2.

Таблица 2.

Результаты качественно-количественного анализа конечного продукта

Как видно из полученных результатов, приведенных в таблице, процент сорбции натрия йодида-131 из раствора облученного образца, составил 99,0 %, а выход конечного готового продукта относительно исходного составило 93,5 % с радиохимической чистотой более 99,9 % и содержанием следов примеси теллура менее 1,0 мкг.

С целью обеспечения максимальной сорбции йода-131 на сорбент оксида алюминия, обработанного ионами серебра, было изучено влияние температуры к восстановлению ионов йодата (Na¹³¹IO₃) до йодида (¹³¹I^-) ионов, которые образовались в процессе растворения облученного образца в 2,5 М растворе NaOH. Результаты исследований приведены в таблице № 3.

Таблица 3.

Обеспечение максимальной сорбции йода-131 на сорбент оксида алюминия

Как видно из результатов таблицы, растворение облученного образца при нагревании до кипения, сорбция йодид ионов на хроматографическую колонку достигается до максимума. Это, по-видимому, объясняется тем, что при растворении йода в растворе щелочи образовались йодат (IO₃^-) ионы, как приведено в схеме процесса растворения облученного образца, а при нагревании йодат ионы восстановились до ионов йодида.

Заключение. Предложенный способ в совокупности, как растворение облученного образца в 2,5 М растворе NaOH, нагревание до кипения, пропускание полученного раствора со скоростью 10 мл/мин через хроматографическую колонку, заполненную оксидом алюминия с нанесенными на него ионами серебра с последующей сублимацией целевого продукта в сосуде реакторе при разрежении 6,7–8,0 • 10⁴ Па и температуре 560 ± 50 ⁰С в течение 1,0 часа привело к получению субстанции «Натрия йодида с йодом-131, без носителя» высокой удельной активности и радиохимической, химической чистоты, свободного от следов теллура.

Полученная субстанция, таким образом, пригодна для синтеза радиоактивных фармацевтических препаратов на основе радионуклида йодида-131 и мечения пептидов и различных макромолекул, требующих радионуклиды с высокой удельной активности для тераностики онкологических заболеваний, которые все более широко распространяются в ядерной медицине.

Список литературы:

1. Ambade R.N., Shinde S.N., Khan M.S.A., Lohar S.P., Vimalnath K.V., Joshi P.V., Chakraborty S., Pillai M.R.A., Dash A. Development of a dry distillation technology for the production of 131I using medium flux reactor for radiopharmaceutical applications // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. – 2015. – Vоl. 303. – P. 451–467.
2. Alanis J., Navarrete M. Industrial production of ¹³¹I by neutron irradiation and melting of sintered // AIP Conference Proceedings. – 2001. – Vol. 576 (1). – P. 853–856.
3. Lee S.L. Radioactive iodine therapy // Current Opinion in Endocrinology, Diabetes & Obesity. – 2012. – Vol. 19. – P. 420–428.
4. Luster M., Clarke S. E., Dietlein M., Lassmann M., Lind P., Oyen W.J., Tennvall J., Bombardieri E. // European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. – 2008. – Vol. 35. – P. 1941–1959.
5. Reiners C., Ha¨nscheid H., Luster M., Lassmann M., Verburg F.A. Radioiodine for remnant ablation and therapy of metastatic disease // Nature Reviews Endocrinology. – 2011. – Vol. 7. – P. 589–595.