РАЗДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА ЛЮТЕЦИЯ-177 ЭКСТРАКЦИОННО-ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОМ МЕТОДОМ, ОТ ОБЛУЧЕННОГО МАКРОКОЛИЧЕСТВА ОБРАЗЦА ИТТЕРБИЯ-176

АННОТАЦИЯ

Для получения радионуклида ¹⁷⁷Lu в форме (¹⁷⁷LuCl₃) трихлорида лютеция-177 обогащенный оксид иттербия (¹⁷⁶Yb₂O₃) со стабильным изотопом иттербия обогащенного по иттербию-176 (степень обогащения-99,8%) переводят в форму нитрат ¹⁷⁶Yb(NO₃)₃ и облучают в ядерном реакторе. После облучения образец растворяют в разбавленном растворе азотной кислоты.

Полученный раствор загружают в хроматографическую колонку, заполненную катионообменной смолой Дауэкс-50WХ8, с размерами частиц 200-400 меш предварительно обработанного 0,1 М раствором хлорида аммония. Радионуклид Lu-177 элюируют раствором альфа-оксиизомаслянной кислоты с градиентом концентрации элюента. Собирают фракцию элюата с Lu-177, а затем фракцию элюата с ^175,176Yb. Раствор с Lu-177 подкисляют концентрированной соляной кислотой и пропускают через колонку, заполненную твердым экстрагентом Д2ЭГФК/ФТ-4, промывают колонку 0,1 М раствором соляной кислоты и Lu-177 элюируют 6,0 М раствором HCI, раствор упаривают до сухого остатка на ротационном испарителе, растворяют в необходимом количестве 0,04 М растворе HCI.

ABSTRACT

To obtain the radionuclide ¹⁷⁷Lu in the form (¹⁷⁷LuCl₃) of lutetium trichloride-177, enriched ytterbium oxide (¹⁷⁶Yb₂O₃) with a stable isotope of ytterbium enriched in ytterbium-176 (enrichment degree – 99,8%) is converted into the form of nitrate ¹⁷⁶Yb(NO₃)₃ and irradiated in a nuclear reactor After irradiation, the sample is dissolved in a dilute solution of nitric acid.

The resulting solution is loaded into a chromatographic column filled with Dawex-50WH8 cation exchange resin, with particle sizes of 200-400 mesh, pre-treated with a 0.1 M ammonium chloride solution. Radionuclide Lu-177 is eluted with a solution of alpha-hydroxyisobutyric acid (α-HIBA) with a gradient of eluent concentration. The Lu-177 eluate fraction is collected, followed by the ^175,176Yb eluate fraction. The solution with Lu-177 is acidified with concentrated hydrochloric acid and passed through a column filled with the solid extractant di-2-etilgeksilortofosfornaya acid (D2EHPA)., the column is washed with a 0.1 M solution of hydrochloric acid and Lu-177 is eluted with a 6.0 M solution of HCl, the solution is evaporated to dryness on rotary evaporator, dissolved in the required amount of 0.04 M HCl solution.

Ключевые слова: радионуклид лютеция, изотопы иттербия, без носителя, метод ВЭЖХ, градиент.

Keywords: lutetium radionuclide, ytterbium isotopes, without carrier, HPLC method, gradient.

Введение. В настоящее время перспективным направлением развития современной онкологии является радионуклидная терапия, с применением радиофармпрепаратов прицельно направленного, т.е. таргетного воздействия на опухолевые ткани. Для этой цели подходит радионуклид ¹⁷⁷Lu, обладающий оптимальными ядерно-физическими характеристиками со средним периодом полураспада (Т1/2 = 6,7 суток); приемлемой энергией β-частиц (максимум 0,5 МэВ), что позволяет уничтожать небольшие опухоли и метастазы, не затрагивая здоровые ткани; мягкое сопутствующее γ-излучение с достаточной энергией для визуализации. Прицельное воздействие помогает избавиться от нейроэндокринных опухолей, раковых заболеваний щитовидной железы, некоторых видов рака мозга, а также рака предстательной железы и подобных болезней.

Один из докладов на итоговом собрании авторитетного Общества ядерной медицины и молекулярной визуализации (SNMMI) [4] в 2019 году был полностью посвящен применению таргетной терапии с Лютецием-177-PSMA (ПСМА-простат-специфического мембранного антигена) при раке предстательной железы [2]. Радиофармпрепараты, меченные радионуклидом ¹⁷⁷Lu высокой удельной активности используются в радиоимунотерапии и являются препаратами нового поколения, которые, представляют собой в большинстве случаев меченые антитела или пептиды [1]. В этом случае реакции мечения, как правило, реализуется посредством бифункциональных хелатирующих агентов (БФХА), которые могут присоединяться к молекулам биологически активного соединения с одной стороны и, с другой стороны, имеют хелатирующие группировки, способные связывать катионы металлов. Концентрации биологически активных соединений в составе РФП крайне малы и составляют несколько микрограммов. Поэтому для получения высокого выхода в реакции мечения исходные растворы радионуклидов в идеальном случае не должны содержать примесей других элементов и стабильных изотопов целевого радионуклида, т.е. необходимо целевой радионуклид с высокой удельной активностью, а именно в случае ¹⁷⁷Lu более 50 Ки/мг Lu на день получения потребителем.

Экспериментальная часть. В качестве облучаемого материала использовали иттербия нитрат с обогащенного по иттербию-176 (99,8 %). Облучение образцов провели в вертикальных каналах исследовательского реактора ВВР-СМ (ИЯФ АН РУз). Время облучения образцов составило 48 и 120 эффективных часов иттербия нитрата и оксида иттербия соответственно. После облучения образец выдерживался в течение 24 часов для распада активности короткоживущего радионуклида ¹⁷⁷Yb (T_1/2 = 1,911 часов).

После облучения образец растворяли в 10,0 мл 0,01 М раствора азотной кислоты. Полученный раствор со скоростью 0,3 мл/мин загружали в хроматографическую колонку с размерами D=1,7 cм, h=56 cм, заполненной катионообменной смолой Дауэкс-50Х8, с размерами частиц 200–400 меш, предварительно обработанного 0,1М раствором хлорида аммония. Промывали колонку бидистиллированной водой с такой же скоростью в течение 30 мин, ¹⁷⁷Lu и ^175,176Yb элюировали 0,13 М раствором аммонийной соли альфа-оксиизомаслянной кислоты со скоростью 0,6 мл/мин с градиентом концентрации элюента от 0,05 М до 0,13 М в течение 300 минут.  Фракцию элюата с ¹⁷⁷Lu собирали в течение от 250 до 310 мин, с ^175,176Yb от 310 до 445 мин. Раствор с Lu-177 подкисляли 6,0 М соляной кислотой до рН=1,0, пропускали через колонку, заполненную твердым экстрагентом Д2ЭГФК/ФТ-4, приготовленной импрегнированием на набухшей этиловым спиртом тефлоновую пудру (ФТ-4) жидкого экстрагента (катионита) Д2ЭГФК (Ди-2-этилгексилфосфорная кислота). Промывали колонку 0,1 М раствором соляной кислоты и Lu-177 элюировали 6,0 М раствором HCI, раствор упаривали до сухого остатка на ротационном испарителе, растворяли в необходимом количестве 0,04 М растворе HCI. 

Результаты и обсуждения. На рисунках 1-2 приведены профиль элюирование радионуклида ¹⁷⁷Lu и ^175,176Yb альфа-оксиизомаслянной кислотой с различными градиентами концентраций элюента, и градиентом скорости элюирования.

Рисунок 1. Профиль элюирование ¹⁷⁷Lu и ^175,176Yb из хроматографической колонки элюированием альфа-оксиизомаслянной кислотой с градиентом концентраций элюента от 0,05 М до 0,13 М в течении 300 мин со скоростью элюирования 0,6 мл/минут. ¹⁷⁷Lu=5,6 Ci, ¹⁷⁶Yb-100,0мг

При таких условиях разделения было получено 4,67 мКюри ¹⁷⁷Lu, без носителя, что составило 83,5 % от исходной активности лютеция-177.

Таблица 1.

Режим градиента разделения ¹⁷⁷Lu и ^175,176Yb

.

Рисунок 2. Профиль элюирование ¹⁷⁷Lu и ^175,176Yb из хроматографической колонки элюированием альфа-оксиизомаслянной кислотой с градиентом концентраций элюента от 0,01 М до 0,13 М и скорости элюента 0,4-0,6 мл/минут в течении 250 мин ¹⁷⁷Lu=5,6Ci, ¹⁷⁶Yb-100,0 мг

При таких условиях разделения ¹⁷⁷Lu, без носителя от макроколичеств иттербия было получено 5,15 мКюри ¹⁷⁷Lu, без носителя, и это составило 92 % от исходной активности лютеция-177.

Таблица 2.

Режим градиента разделения ¹⁷⁷Lu и ^175,176Yb

Как видно из приведенных результатов элюирования радионуклида ¹⁷⁷Lu, без носителя и ¹⁷⁵_’¹⁷⁶Yb из хроматографической колонки с катионообменной смолой DOWEX-50X8 элюированием альфа-оксиизомаслянной кислотой с градиентом концентраций элюента от 0,05 М до 0,13 М в течение 300 минут (рис.1), разделение радионуклида ¹⁷⁷Lu, без носителя с активностью более 4,6 Кюри от ¹⁷⁵_’¹⁷⁶Yb навеской 100 мг и более, где соотношение ¹⁷⁷Lu :¹⁷⁵_’¹⁷⁶Yb составляет 1:35 и более не превышает 83,5 %. При элюировании радионуклида ¹⁷⁷Lu, без носителя и ¹⁷⁵_’¹⁷⁶Yb из хроматографической колонки с катионообменной смолой DOWEX-50X8 элюированием альфа-оксиизомаслянной кислотой с градиентом концентраций элюента от 0,01 М до 1,3 М и градиента скорости элюента 0,4–0,6 мл/мин в течение 250 минут (рис. 2) разделение радионуклида ¹⁷⁷Lu, без носителя с активностью более 5,0 Кюри от ¹⁷⁵_’¹⁷⁶Yb навеской 100 мг и более, где соотношение ¹⁷⁷Lu :¹⁷⁵_’¹⁷⁶Yb составляет 1:35 и более составляет более 92,0 %.

Далее, для очистки полученного лютеция-177 от комплексона, ионов аммония и других сопутствующих ионов металлов, фракции с лютецием-177 подкислили до рН-2 концентрированной HCI и пропустили через хроматографическую колонку с DOWEX 50 Wx8 200–400 меш, в H⁺ форме размерами колонки Ø=5mm, h=10 mm. После колонку промыли тремя объемами колонки деионизованной водой, 2,0 моль/л раствором HCI и элюировали 4,0 М раствором HCI, затем элюат с лютецием-177 упарили на ротационном испарителе до суха и растворили в необходимом количестве 0,04 М раствора HCI. Таким образам полученных радионуклида лютеция-177 можно использовать для синтеза РФП.

Заключение. В работе были исследованы условия разделения безносительных количеств радионуклида лютеция-177 от макроколичеств материала мишени иттербия экстракционным и ионообменным хроматографическими методами.

Наиболее оптимальными условиями разделения радионуклида лютеция-177, без носителя оказался метод ионообменное хроматографическое разделение комплексоном α-оксиизобутановая кислота при рН=3,5–5,0 в градиентном режиме элюирования. При разделении лютеция-177 из больших граммовых количеств иттербия можно сбрасывать основную часть иттербия электролизом на ртутном катоде, но это уже предмет исследований другой работы.    

Таким образом, из полученных результатов работы, можно сделать вывод о пригодности метода разделения радионуклида лютеция-177, с высокой удельной активности подходящего для синтеза радиофармпрепаратов на основе белков.

Список литературы:

1. Кодина Г.Е., Красикова Р.Н. Методы получения радиофармацевтических препаратов и радио-нуклидных генераторов для ядерной медицины. – М.: Москва : Издательский дом МЭИ, 2019. – С. 60.
2. Ashley Blanksby, Jonathan Lee. Lutetium 177 PSMA radionuclide therapy for men with prostate cancer: a review of the current literature and discussion of practical aspects of therapy // Journal of Medical Radiation Sciences. 2017. Vol. 64(1). – Р. 52–60.
3. Louise Emmett, Kathy Willowson, John Violet, Jane Shin,  Patent № US 6,716,353 B1 Method for producing carrier-free extremely pure ¹⁷⁷Lu compounds and carrier-free ¹⁷⁷Lu compounds // Saed Mirazadeh, Miting Du, Arnold L. аt all. 2004.
4. SNMMI/NCI Third Targeted Radionuclide Therapy Conference. December 16, 2019. National Cancer Institute – Shady Grove. Maryland [Электронный ресурс]. –  Режим доступа: https://s3.amazonaws.com/rdcms-snmmi/files/production/public/FileDownloads/Meetings/NCI_SNMMI_TRT_Workshop_Agenda_12132019_with_AAA%20front.pdf (дата обращения: 07.01.2023).