Радиоактивная наночастица

Радиоактивная наночастица — это наночастица , содержащая радиоактивные материалы . Радиоактивные наночастицы находят применение в медицинской диагностике , медицинской визуализации , токсикокинетике и охране окружающей среды , а также исследуются возможности их применения в ядерной наномедицине . Радиоактивные наночастицы представляют собой особые проблемы в области оперативной медицинской физики и внутренней дозиметрии , которых нет в отношении других веществ, хотя существующие радиационной защиты меры и контроля опасности для наночастиц обычно применяются.

Типы и приложения

Разработано

Сконструированные радиоактивные наночастицы используются в методах медицинской визуализации, таких как позитронно-эмиссионная томография и однофотонная эмиссионная компьютерная томография . ^{[ 2 ]} и аэрозоль углеродных наночастиц, содержащий технеций-99m, используются в коммерчески доступной процедуре вентиляционно-перфузионной сцинтиграфии легких . ^{[ 3 ]}^{: 122–125} Сконструированные радиоактивные наночастицы также используются в качестве радиометки для обнаружения присутствия самих наночастиц в исследованиях здоровья окружающей среды и токсикокинетики . ^{[ 3 ]}^{: 119–122}

Сконструированные радиоактивные наночастицы исследуются на предмет терапевтического использования, сочетающего ядерную медицину с наномедициной , особенно при лечении рака. ^{[ 3 ]}^{: 125–130} Нейтронно-захватная терапия является одним из таких потенциальных применений. ^{[ 2 ]}^{[ 4 ]} Кроме того, наночастицы могут помочь изолировать токсичные дочерние нуклиды альфа-излучателей при использовании в лучевой терапии. ^{[ 1 ]}

Ядерная визуализация неинвазивна и имеет высокую чувствительность, а наночастицы полезны в качестве платформы для объединения нескольких копий нацеливающих векторов и эффекторов с целью избирательной доставки радиоизотопов в конкретную интересующую область. ^{[ 5 ]} Другие преимущества наночастиц для диагностического и терапевтического использования включают увеличение времени удерживания крови и опухоли, а также возможность использования их уникальных физических и химических свойств в лечении. ^{[ нужна ссылка ]} Однако наночастицы должны быть сконструированы таким образом, чтобы они не были распознаны системой мононуклеарных фагоцитов и не транспортировались в печень или селезенку , часто путем манипулирования функционализацией их поверхности. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Методы нацеливания включают функционализацию радиоактивных наночастиц антителами для нацеливания их на определенную ткань и использование магнитных наночастиц , которые притягиваются к магниту, помещенному над местом опухоли. ^{[ 4 ]} Технеций-99m, индий-111 и йод-131 являются распространенными радиоизотопами, используемыми для этих целей. ^{[ 3 ]}^{: 119–130}^{[ 4 ]} и многие другие, используемые также. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Радиоактивные наночастицы могут быть получены либо путем синтеза наночастиц непосредственно из радиоактивных материалов, либо путем облучения нерадиоактивных частиц нейтронами или ускоренными ионами , иногда на месте . ^{[ 3 ]}^: 119^{[ 8 ]}

Естественные и случайные

Как и все наночастицы, радиоактивные наночастицы могут возникать в природе или случайно образовываться в качестве побочного продукта промышленных процессов. Основным источником встречающихся в природе наноматериалов, содержащих радионуклиды, является распад газообразного радона , непосредственными продуктами распада которого являются негазообразные элементы, которые осаждаются в наноразмерные частицы вместе с атмосферной пылью и парами. Второстепенные природные источники включают первичные радионуклиды, присутствующие в наноразмерной части вулканического пепла , а также первичные и космогенные нуклиды, поглощаемые растениями, которые позже сжигаются. Радиоактивные наночастицы могут случайно образовываться в результате процедур ядерной промышленности, таких как ядерная переработка и резка загрязненных объектов. ^{[ 3 ]}^: 16–20

Здоровье и безопасность

Радиоактивные наночастицы сочетают в себе опасность радиоактивных материалов с опасностью наноматериалов. ^{[ 3 ]}^: 2–6 Воздействие через дыхательные пути является наиболее распространенным путем воздействия частиц, переносимых по воздуху, на рабочем месте. Исследования на животных некоторых классов наночастиц указывают на легочные эффекты, включая воспаление , гранулемы и легочный фиброз , которые имели аналогичную или большую эффективность по сравнению с другими известными фиброгенными материалами, такими как диоксид кремния , асбест и ультрадисперсный технический углерод . Некоторые исследования на клетках или животных показали генотоксические или канцерогенные эффекты, а также системные сердечно-сосудистые эффекты в результате воздействия на легкие. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} Опасность ионизирующего излучения зависит от того, является ли воздействие острым или хроническим , и включает в себя такие эффекты, как радиационно-индуцированный рак и тератогенез . ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} В некоторых случаях присущая самой наночастице физико-химическая токсичность может привести к более низким пределам воздействия , чем те, которые связаны только с радиоактивностью, чего нельзя сказать о большинстве радиоактивных материалов. ^{[ 3 ]}^: 2–6

Радиоактивные наночастицы представляют собой особые проблемы в области оперативной медицинской физики и внутренней дозиметрии , которых нет в случае других веществ, поскольку токсикокинетика наночастиц зависит от их физических и химических свойств, включая размер , форму и химию поверхности . Например, вдыхаемые наночастицы будут откладываться в разных местах легких, метаболизироваться и транспортироваться по организму иначе, чем пары или более крупные частицы. ^{[ 3 ]}^: 2–6 Могут также существовать опасности, связанные с сопутствующими процессами, такими как сильные магнитные поля и криогены, используемые в оборудовании для визуализации, а также обращение с лабораторными животными в экспериментальных исследованиях. ^{[ 13 ]} Эффективная оценка рисков и информирование о них важны, поскольку и нанотехнологии, и радиация имеют особое значение для общественного восприятия. ^{[ 14 ]}

Контроль опасности

В целом, большинство элементов стандартной программы радиационной защиты применимы к радиоактивным наноматериалам, и многие меры контроля опасности для наноматериалов будут эффективны при использовании радиоактивных версий. Иерархия мер контроля опасности включает в себя последовательность пяти категорий методов контроля, направленных на снижение риска заболеваний или травм. Двумя наиболее эффективными являются устранение и замена , например, снижение воздействия пыли за счет исключения процесса обработки ультразвуком наноматериала или замены суспензии или суспензии жидким растворителем вместо сухого порошка. Замены должны учитывать как радиоактивность, так и физико-химическую опасность всех вариантов, а также учитывать, что радиоактивные наноматериалы легче обнаружить, чем нерадиоактивные вещества. ^{[ 3 ]}^{: 2–6, 35–41}

Инженерные средства контроля должны быть основной формой защиты, включая местные вытяжные системы, такие как вытяжные шкафы , перчаточные боксы , боксы биологической безопасности и вентилируемые весовые камеры ; радиационная защита ; и контроля доступа . системы ^{[ 3 ]}^: 41–48 Необходимость в отрицательном давлении в помещении для предотвращения загрязнения внешних помещений может противоречить обычному использованию положительного давления при работе с фармацевтическими препаратами, хотя это можно преодолеть за счет использования каскадной системы давления или путем обращения с наноматериалами в закрытых помещениях. ^{[ 13 ]}

Административный контроль включает процедуры ограничения доз радиации и процедуры контроля загрязнения , включая поощрение передовой практики работы и мониторинг загрязнения. Средства индивидуальной защиты наименее эффективны, и их следует использовать в сочетании с другими средствами контроля опасностей. В целом, средства индивидуальной защиты, предназначенные для радиоактивных материалов, должны быть эффективны при работе с радиоактивными наноматериалами, включая непроницаемые лабораторные халаты , защитные очки , защитные перчатки и в некоторых случаях респираторы , хотя следует принимать во внимание большее потенциальное проникновение через одежду и подвижность наночастиц в воздухе. счет. ^{[ 3 ]}^: 48–63

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Маклафлин, Марк Ф.; Вудворд, Джонатан; Болл, Роуз А.; Уолл, Джонатан С.; Рондиноне, Адам Дж.; Питомник Стивен Дж.; Мирзаде, Саед; Робертсон, Дж. Дэвид (18 января 2013 г.). «Наночастицы фосфата лантанида с золотым покрытием для направленной лучевой терапии с помощью альфа-генератора» . ПЛОС ОДИН . 8 (1): e54531. Бибкод : 2013PLoSO...854531M . дои : 10.1371/journal.pone.0054531 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 3548790 . ПМИД 23349921 .
^ Jump up to: ^а ^б Прасад, Парас Н. (11 мая 2012 г.). Введение в наномедицину и нанобиоинженерию . Джон Уайли и сыновья. стр. 121–124. ISBN 9781118351079 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л «Аспекты радиационной безопасности нанотехнологий» . Национальный совет по радиационной защите и измерениям . 2017-03-02 . Получено 2017-07-07 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хамаудх, Мисара; Камле, Мухаммед Анас; Диаб, Roudayna; Fessi, Hatem (2008-09-15). «Системы доставки радионуклидов для ядерной визуализации и лучевой терапии рака». Расширенные обзоры доставки наркотиков . 60 (12): 1329–1346. doi : 10.1016/j.addr.2008.04.013 . PMID 18562040 .
^ Jump up to: ^а ^б Льюис, Майкл Р.; Канан, Рагураман (ноябрь 2014 г.). «Разработка и применение радиоактивных наночастиц для визуализации биологических систем». Междисциплинарные обзоры Wiley: наномедицина и нанобиотехнология . 6 (6): 628–640. doi : 10.1002/wnan.1292 . ISSN 1939-0041 . PMID 25196269 .
^ Мартин, Изабель Гарсия; Фригель, Йенс; Лоп, Джордж; Марради, Марко (22 марта 2016 г.). «Радиомечение НЧ с использованием радиометаллов: ^{99 м}Тс, ⁶⁸Здесь, ⁶⁷Здесь, ⁸⁹Зр, и ⁶⁴Cu». Ин Ллоп, Хорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Гибсон, Питер Нил (ред.). Изотопы в наночастицах . Pan Stanford. стр. 183–229. doi : 10.1201/b19950-9 . ISBN 9789814669085 .
^ Лоп, Джорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Мартин, Изабель Гарсия; Марради, Марко (22 марта 2016 г.). «Радиомечение наночастиц с использованием радиогалогенов», ¹³Н и ¹¹C». Ин Ллоп, Хорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Гибсон, Питер Нил (ред.). Изотопы в наночастицах . Pan Stanford. стр. 231–260. doi : 10.1201/b19950-10 . ISBN 9789814669085 .
^ Аббас, Камель; Симонелли, Федерика; Хольцварт, Уве; Гибсон, Питер (2009). «Обзор производства радиоактивных наночастиц для бионаучных применений в Циклотроне JRC - Европейская комиссия» . Журнал меченых соединений и радиофармпрепаратов . 52 : S231–S255. дои : 10.1002/jlcr.1643 . Проверено 11 июля 2017 г.
^ «Текущий аналитический бюллетень 65: Профессиональное воздействие углеродных нанотрубок и нановолокон» . США Национальный институт охраны труда : v – ix, 33–35. Апрель 2013 г. doi : 10.26616/NIOSHPUB2013145 . Проверено 26 апреля 2017 г.
^ «Текущий разведывательный бюллетень 63: Профессиональное воздействие диоксида титана» . Национальный институт охраны труда США : v–vii, 73–78. Апрель 2011 г. doi : 10.26616/NIOSHPUB2011160 . Проверено 27 апреля 2017 г.
^ «Радиационное воздействие на здоровье» . США Агентство по охране окружающей среды . 23 мая 2017 г. Проверено 17 июля 2017 г.
^ «Радиация и ее последствия для здоровья» . США Комиссия по ядерному регулированию . 17 октября 2014 г. Проверено 17 июля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б Риз, Торстен; Гомес-Валлехо, Ванесса; ФЕРРЕЙРА, Паола; Ллоп, Хорди (22 марта 2016 г.). «Аспекты здоровья и безопасности радиоактивно меченных наночастиц». Ин Ллоп, Хорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Гибсон, Питер Нил (ред.). Изотопы в наночастицах . Пан Стэнфорд. стр. 493–512. дои : 10.1201/b19950-19 . ISBN 9789814669085 .
^ Гувер, Марк Д.; Майерс, Дэвид С.; Кэш, Ли Дж.; Гильметт, Раймонд А.; Крейлинг, Вольфганг Г.; Обердорстер, Гюнтер; Смит, Рэйчел; Кассата, Джеймс Р.; Бекер, Брюс Б. (2015). «Применение структуры и процесса принятия решений на основе информатики для оценки радиационной безопасности в нанотехнологиях» . Физика здоровья . 108 (2): 179–194. doi : 10.1097/hp.0000000000000250 . ПМИД 25551501 . S2CID 42732844 .

[alpha_emitters-1] Jump up to: ^а ^б Маклафлин, Марк Ф.; Вудворд, Джонатан; Болл, Роуз А.; Уолл, Джонатан С.; Рондиноне, Адам Дж.; Питомник Стивен Дж.; Мирзаде, Саед; Робертсон, Дж. Дэвид (18 января 2013 г.). «Наночастицы фосфата лантанида с золотым покрытием для направленной лучевой терапии с помощью альфа-генератора» . ПЛОС ОДИН . 8 (1): e54531. Бибкод : 2013PLoSO...854531M . дои : 10.1371/journal.pone.0054531 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 3548790 . ПМИД 23349921 .

[:2-2] Jump up to: ^а ^б Прасад, Парас Н. (11 мая 2012 г.). Введение в наномедицину и нанобиоинженерию . Джон Уайли и сыновья. стр. 121–124. ISBN 9781118351079 .

[:0-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^глин ^час ^я ^Дж ^k ^л «Аспекты радиационной безопасности нанотехнологий» . Национальный совет по радиационной защите и измерениям . 2017-03-02 . Получено 2017-07-07 .

[:3-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хамаудх, Мисара; Камле, Мухаммед Анас; Диаб, Roudayna; Fessi, Hatem (2008-09-15). «Системы доставки радионуклидов для ядерной визуализации и лучевой терапии рака». Расширенные обзоры доставки наркотиков . 60 (12): 1329–1346. doi : 10.1016/j.addr.2008.04.013 . PMID 18562040 .

[:4-5] Jump up to: ^а ^б Льюис, Майкл Р.; Канан, Рагураман (ноябрь 2014 г.). «Разработка и применение радиоактивных наночастиц для визуализации биологических систем». Междисциплинарные обзоры Wiley: наномедицина и нанобиотехнология . 6 (6): 628–640. doi : 10.1002/wnan.1292 . ISSN 1939-0041 . PMID 25196269 .

[6] Мартин, Изабель Гарсия; Фригель, Йенс; Лоп, Джордж; Марради, Марко (22 марта 2016 г.). «Радиомечение НЧ с использованием радиометаллов: ^{99 м}Тс, ⁶⁸Здесь, ⁶⁷Здесь, ⁸⁹Зр, и ⁶⁴Cu». Ин Ллоп, Хорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Гибсон, Питер Нил (ред.). Изотопы в наночастицах . Pan Stanford. стр. 183–229. doi : 10.1201/b19950-9 . ISBN 9789814669085 .

[7] Лоп, Джорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Мартин, Изабель Гарсия; Марради, Марко (22 марта 2016 г.). «Радиомечение наночастиц с использованием радиогалогенов», ¹³Н и ¹¹C». Ин Ллоп, Хорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Гибсон, Питер Нил (ред.). Изотопы в наночастицах . Pan Stanford. стр. 231–260. doi : 10.1201/b19950-10 . ISBN 9789814669085 .

[8] Аббас, Камель; Симонелли, Федерика; Хольцварт, Уве; Гибсон, Питер (2009). «Обзор производства радиоактивных наночастиц для бионаучных применений в Циклотроне JRC - Европейская комиссия» . Журнал меченых соединений и радиофармпрепаратов . 52 : S231–S255. дои : 10.1002/jlcr.1643 . Проверено 11 июля 2017 г.

[:5-9] «Текущий аналитический бюллетень 65: Профессиональное воздействие углеродных нанотрубок и нановолокон» . США Национальный институт охраны труда : v – ix, 33–35. Апрель 2013 г. doi : 10.26616/NIOSHPUB2013145 . Проверено 26 апреля 2017 г.

[:6-10] «Текущий разведывательный бюллетень 63: Профессиональное воздействие диоксида титана» . Национальный институт охраны труда США : v–vii, 73–78. Апрель 2011 г. doi : 10.26616/NIOSHPUB2011160 . Проверено 27 апреля 2017 г.

[11] «Радиационное воздействие на здоровье» . США Агентство по охране окружающей среды . 23 мая 2017 г. Проверено 17 июля 2017 г.

[12] «Радиация и ее последствия для здоровья» . США Комиссия по ядерному регулированию . 17 октября 2014 г. Проверено 17 июля 2017 г.

[:1-13] Jump up to: ^а ^б Риз, Торстен; Гомес-Валлехо, Ванесса; ФЕРРЕЙРА, Паола; Ллоп, Хорди (22 марта 2016 г.). «Аспекты здоровья и безопасности радиоактивно меченных наночастиц». Ин Ллоп, Хорди; Гомес-Валлехо, Ванесса; Гибсон, Питер Нил (ред.). Изотопы в наночастицах . Пан Стэнфорд. стр. 493–512. дои : 10.1201/b19950-19 . ISBN 9789814669085 .

[14] Гувер, Марк Д.; Майерс, Дэвид С.; Кэш, Ли Дж.; Гильметт, Раймонд А.; Крейлинг, Вольфганг Г.; Обердорстер, Гюнтер; Смит, Рэйчел; Кассата, Джеймс Р.; Бекер, Брюс Б. (2015). «Применение структуры и процесса принятия решений на основе информатики для оценки радиационной безопасности в нанотехнологиях» . Физика здоровья . 108 (2): 179–194. doi : 10.1097/hp.0000000000000250 . ПМИД 25551501 . S2CID 42732844 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]