< Terug naar vorige pagina

Project

Geïmmobiliseerde ionische vloeistoffasen voor de extractie en scheiding van medicinale radiolanthaniden - Richting opzuivering van medicinaal samarium-153

Radiolanthaniden worden steeds belangrijker in nucleaire geneeskunde vanwege hun aantrekkelijke vervaleigenschappen. Het uitzenden van beta deeltjes met een energie die geschikt is om kwaadaardige tumorcellen te vernietigen is erg waardevol in kankertherapie. Het uitzenden van gamma fotonen kan gebruikt worden voor diagnostische doeleinden. Sommige radiolanthaniden kunnen zelfs gebruikt worden voor beide doeleinden tegelijkertijd (theranostiek), waardoor het mogelijk wordt om de doeltreffendheid van de therapie in situ op te volgen. Daarom hebben radiolanthaniden een hoog potentiëel om ingezet te worden in een brede waaier aan medische toepassingen.

Door de zeer gelijkaardige chemische eigenschappen doorheen de lanthanidenreeks kunnen verschillende radiolanthaniden gelinkt worden aan eenzelfde dragermolecule. Dit maakt hen gemakkelijk uitwisselbaar, waardoor radiofarmaceutica op maat gemaakt kunnen worden voor een specifiek doel. Selectie van de meest geschikte energie uit deeljesemissie voor therapie is
belangrijk om stralingsschade aan gezond weefsel en vitale organen zo laag als mogelijk te houden. Op deze manier kan een hoge geabsorbeerde dosis voor de tumor ten opzichte van het normaal weefsel verzekerd worden. Echter, de zeer gelijkaardige chemische eigenschappen betekenen ook dat scheiding van twee lanthaniden een erg grote uitdaging is. Dit is zeker het geval voor twee naburige lanthaniden, en is een van de grootste uitdagingen in de productie van radiolanthaniden voor medische toepassingen.

Radiolanthaniden worden het meest efficiënt geproduceerd in een nucleaire onderzoeksreactor via neutronenbestraling, hetgeen inhoudt dat verrijkt doelwitmateriaal gebombardeerd wordt met neutronen. Afhankelijk van de gevolgde productiestrategie, is het bekomen radiolanthanide drager-toegevoegd of niet-drager-toegevoegd. Het product resulterend uit beide productiestrategieën
kan een opzuiveringsstap vereisen alvorens gebruikt te kunnen worden in een radiofarmaceutisch product. Afzondering van niet-drager-toegevoegde radiolanthaniden van hun dragermateriaal resulteert in een product methoge specifieke activiteit, hetgeen erg geschikt is voor gerichte radiotherapie. Radiolanthaniden die drager-toegevoegd geproduceerd zijn kunnen daarentegen
niet van hun dragermateriaal afgescheiden worden. Ze zullen dus slechts een beperkte specifieke activiteit bevatten. Daarom komen ze niet in aanmerking voor gerichte radiotherapie, maar worden ze erg bruikbaar bevonden in palliatieve behandeling van botkanker en in bestrijding van beenderpijn en gewrichtsontstekingen. Bovendien kunnen ze ook toegepast worden in medische beeldvorming. Tijdens neutronenbestralingen kunnen echter langlevende radionuclidische onzuiverheden gevormd worden, waardoor het medisch gebruik van drager-toegevoegde radiolanthaniden verhinderd wordt. Dit heeft een beperkte houdbaarheidstermijn tot gevolg. Het niveau van achtergrondstraling voor de patiënt moet immers beperkt blijven, en wordt strikt gereguleerd. Bijgevolg is een zuiveringsstap voor deze radiolanthaniden vereist om een geschikte radionuclidische zuiverheid te bekomen.

Het gebruik van een bepaald radiofarmaceutisch product in nucleaire geneeskunde is erg afhankelijk van de beschikbaarheid van het radiolanthanide, de vervaleigenschappen en de bereikbare specifieke activiteit ervan. Om die reden wordt veel onderzoek gedaan naar het vinden van geschikte scheidingsen zuiveringsmethoden voor radiolanthaniden die geproduceerd worden in
een nucleaire onderzoeksreactor. Een uitgebreid overzicht voor medische radiolanthaniden geproduceerd in een nucleaire onderzoeksreactor wordt hier weergegeven als onderdeel van dit onderzoeksproject.

In dit doctoraatsproefschrift wordt een haalbaarheidsstudie voorgesteld voor de scheiding van samarium en europium richting de zuivering van medisch Sm-153. In de nucleaire geneeskunde kan Sm-153 goed gebruikt worden vanwege de gunstige vervaleigenschappen, i.e. een erg handelbare fysische halfwaardetijd van 46.284 h en het uitzenden van beta deeltjes met een gemiddelde energie van 233 keV, dewelke bruikbaar is voor radiotherapie. Het gelijktijdige uitzenden van gamma fotonen van 103.2 keV kan gebruikt worden voor medische beeldvorming,
waardoor Sm-153 geschikt is voor diagnose en theranostiek. Sm-153 wordt dragertoegevoegd geproduceerd in een nucleaire onderzoeksreactor. Langlevende Eu-154 onzuiverheden worden echter gelijktijdig geproduceerd, waardoor het gebruik van Sm-153 radiofarmaceutica beperkt is.

De scheiding van Sm(III) en Eu(III) is erg uitdagend vanwege hun erg gelijkaardige chemische eigenschappen. Een verandering in valentietoestand brengt echter een significante wijziging in chemische eigenschappen teweeg, hetgeen leidt tot mogelijkheden voor efficiëntere scheidingsmethoden. Reductie van Eu(III) naar de tweewaardige toestand is het gemakkelijkste te bereiken in de lanthanidenreeks vanwege de gunstige elektronenconfiguratie. Reductie van Eu(III) was reeds goed bestudeerd in reductie-stabiele milieu, zoals waterige chloride-oplossingen. In dit
proefschrift wordt echter aangetoond dat de reductie van Eu(III) ook mogelijk is in waterig nitraatmilieu, en dat Eu(II) relatief stabiel blijft in dit milieu. Niettemin zijn hoge nitraatzoutconcentraties nodig om deze reductie en stabiliteit te bekomen. Deze hoge nitraatzoutconcentraties bleken ook een groot voordeel in de scheidingsstap, waar gebruik gemaakt kan worden van het uitzoutingsprincipe. Zo werd een solventextractiemethode gebaseerd op het gebruik van Aliquat 336 nitraat ([A336][NO3]) als organische fase ontwikkeld, waarbij Sm(III) selectief geëxtraheerd werd. Eu(II) werd achtergelaten in de waterige fase.

Deze veelbelovende en uiterst efficiënte scheidingsmethode voor samarium en europium werd verder ontwikkeld richting een extractiechromatografische methode. In deze aanpak werd [A336][NO3] geïmmobiliseerd op een vaste drager, i.e. een gedragen ionische vloeistoffase (SILP). Extractiechromatografie bewees reeds erg nuttig te zijn in radiochemische verwerking van medische radionuclide vanwege het gebruiksgemak, het vermogen om hoge scheidingsefficiënties te bekomen en de mogelijkheid tot automatisatie. Bovendien werden mogelijke procesmoeilijkheden veroorzaakt door de hoge viscositeit van onverdund [A336][NO3] vermeden. Gebaseerd op de solventextractiestap, werd Sm(III) geëxtraheerd naar de ionische vloeistoflaag van de SILP wanneer een geconcentreerde nitraatzoutoplossing gebruikt werd als mobiele fase. In deze omstandigheden werd Eu(II) niet weerhouden door de SILP wanneer deze door het kolommateriaal passeerde. Sm(III) kon nadien gemakkelijk verwijderd worden van het SILP materiaal door gebruik te maken van water, waardoor de zoutconcentratie in het systeem werd verminderd. Door deze aanpak bevat de fractie rijk aan samarium minder nitraatzouten, hetgeen voordelig is voor verdere radiofarmaceutische verwerking.

Datum:1 okt 2015 →  1 okt 2019
Trefwoorden:Radiopharmaceuticals, Purification, Separation techonolgies, Ionic liquids, Supported ionic liquid phases, Nuclear
Disciplines:Analytische chemie, Fysische chemie, Organische chemie, Anorganische chemie, Farmaceutische analyse en kwaliteitszorg, Fysica van gecondenseerde materie en nanofysica
Project type:PhD project