ЦЕРН-МЕДИЦИН
CERN-MEDical Isotopes Collected from ISOLDE ( MEDICIS ) — это объект, расположенный на базе онлайн-устройства разделения изотопов (ISOLDE) в ЦЕРН высокой чистоты , предназначенный для производства изотопов для развития практики диагностики и лечения пациентов. Установка была запущена в 2010 году, а первые радиоизотопы ( тербий-155 ) были произведены 12 декабря 2017 года. [1]
Мишень, используемая для производства радиоактивных ядер на установке ISOLDE, поглощает только 10% пучка протонов. [2] MEDICIS размещает вторую мишень позади первой, которая облучается остатками 90% протонного пучка . Затем мишень перемещается в автономную систему массового разделения, и из мишени извлекаются изотопы. [3] Эти изотопы имплантируются в металлическую фольгу и могут доставляться в исследовательские центры и больницы. [4]
МЕДИСИС является ядерной лабораторией класса А и учитывает различные процедуры радиационной защиты для предотвращения облучения и загрязнения. [5]
Фон
[ редактировать ]Изотоп элемента содержит одинаковое количество протонов , но разное количество нейтронов , что придает ему другое массовое число, чем у элемента, найденного в таблице Менделеева. Изотопы с большим изменением числа нуклонов распадаются на более стабильные ядра и известны как радионуклиды или радиоизотопы .
В области ядерной медицины радиоизотопы используются для диагностики и лечения пациентов. Излучение и частицы, испускаемые этими радиоизотопами, можно использовать для ослабления или разрушения клеток-мишеней, например, в случае рака . Для диагностики пациенту вводят радиоактивную дозу, и ее активность можно отслеживать для изучения функциональности органа-мишени. Трассеры, используемые в этом процессе, обычно представляют собой короткоживущие изотопы. [6]
Диагностические радиофармпрепараты используются для исследования функциональности органов, кровотока, роста костей и других диагностических процедур. [ нужна ссылка ] Радиоизотопы, необходимые для этой процедуры, должны испускать гамма-излучение с высокой энергией и коротким периодом полураспада, чтобы оно могло покинуть организм и быстро распасться. [7] В настоящее время существует тенденция к использованию изотопов, производимых на циклотронах, поскольку они становятся все более доступными. [6]
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — это метод визуализации, в котором используются радиоизотопы, которые также чаще всего производятся с помощью циклотрона . [8] Они вводятся пациенту, накапливаются в тканях-мишенях и распадаются за счет эмиссии позитронов . Позитрон ) в противоположных аннигилирует рядом с электроном , что приводит к испусканию двух гамма-лучей ( фотонов направлениях. ПЭТ-камера обнаруживает эти лучи и может определить количественную информацию о целевой ткани. [9]
Терапевтические радиофармацевтические препараты используются для разрушения или ослабления неисправных клеток с использованием радиоизотопа, локализованного в определенном органе. Этот процесс называется радионуклидной терапией (РНТ), и в нем используются радиоизотопы тяжелых протонов (расположенные в северо-западной части диаграммы нуклидов ), которые распадаются посредством бета- или альфа- излучения. [10]
Объект и процесс
[ редактировать ]
Объект MEDICIS расположен в пристройке здания 179 на площадке ЦЕРН в Мейрине, рядом со зданием ISOLDE. [11] Центр был создан ЦЕРН в 2010 году при участии Фонда передачи знаний ЦЕРН, а также при получении гранта Европейской комиссии на обучение Марии-Склодовской-Кюри под названием MEDICIS-PROMED. [12] [13] Строительство объекта началось в сентябре 2013 года и завершилось в 2017 году. [14] [3]
ISOLDE направляет пучок протонов с энергией 1,4 ГэВ из протонного синхротронного ускорителя (PSB) на толстую мишень, материал которой зависит от желаемых производимых изотопов. Только 10% протонного пучка, используемого на установке ISOLDE, поглощается мишенью, а остальная часть в противном случае попадает в хранилище пучка . [15] MEDICIS использует эти потерянные протоны для облучения второй мишени, которая производит определенные изотопы, размещенной за каждой из целевых станций ISOLDE, сепаратора высокого разрешения (HRS) и сепаратора общего назначения (GPS). [3] В качестве альтернативы на установке используются предварительно облученные мишени, предоставленные внешними организациями. [16] МЕДИЦИС был одним из немногих объектов, работавших во время длительного останова 2, поскольку он был снабжен 34 мишенными материалами, подвергшимися внешнему облучению. [3]
Из-за высокого уровня радиации мишени передаются от станции облучения на канал массоразделения радиоизотопов с помощью автоматизированной железнодорожной конвейерной системы (РКС). [1] [3] Робот KUKA используется для транспортировки мишени на станцию, где интересующий изотоп может быть собран и радиохимически очищен. [17] Это делается путем нагревания мишени до очень высоких температур, часто более 2000 ° C, что приводит к диффузии указанных изотопов. Затем изотопы ионизируются и ускоряются источником ионов, которые затем направляются через масс-сепаратор. Масс-сепаратор выделяет интересующий изотоп, чтобы его можно было имплантировать на тонкую золотую фольгу с односторонним металлическим или соляным покрытием. [18] [19]
В 2019 году установка лазерного источника ионов MEDICIS в ЦЕРН (MELISSA) вступила в полную эксплуатацию и включает в себя отдельные лазеры, вспомогательные системы и системы управления, а также систему транспортировки оптического луча. [20] Лазерная лаборатория MELISSA помогла успешно повысить эффективность разделения и выход изотопов. [16] [3] Лазер возбуждает только изотопы нужного элемента, позволяя селективно отделять изотопы заданной атомной массы от других изобар с помощью масс-сепаратора. [21]
Для извлечения проб после сбора радиоизотопов используется экранированная тележка, чтобы избежать риска загрязнения. [19] После завершения использования мишени ее отправляют в горячую камеру, где ее безопасно разбирают и помещают в мусорные баки.
После сбора образцы могут быть отправлены в больницы и исследовательские центры с целью разработки методов визуализации и лечения пациентов, а также протоколов терапии. [22]
Кроме того, рядом с комплексом МЕДИСИС находится нанолаборатория, предназначенная для разработки и сборки наноматериалов . [23] Наноматериалы запечатаны в перчаточном боксе , что означает отсутствие контакта с внешней средой. [24] Он основан на разработке первых наноструктурированных мишеней, используемых для производства изотопов, и далее использует разработки, начатые в МЕДИСИС-Промед под руководством профессора «Кости» Новозелова.
Проекты и результаты
[ редактировать ]Таргетная терапия
[ редактировать ]Некоторые лантаноиды, производимые в CERN-MEDICIS, самарий и тербий, представляют интерес для таргетной терапии, как и лютеций , уже используемый в клиниках. [25] низкой энергии Лютеций испускает β-частицы с коротким радиусом действия, которые используются для облучения мишеней меньшего объема опухолевых . [26] ближнего действия Тербий-149 в своей схеме распада испускает альфа-частицы, гамма-лучи и позитроны , что делает его пригодным для таргетной альфа-терапии . Особое изучение 149 Туберкулёз, продуцируемый ISOLDE, используется в терапии фолатными рецепторами , что особенно заметно при раке яичников и лёгких . [25] [27]
153 См, произведенный в реакторе BR2 в SCK CEN с последующим массовым разделением с помощью MEDICIS для увеличения его молярной активности, оказался пригодным для таргетной радионуклидной терапии (TRNT) в рамках исследовательского проекта по проверке концепции. [28] Он испускает β-частицы низкой энергии и гамма-пики, а также имеет приемлемый период полураспада для логистической и амбулаторной помощи, что делает его кандидатом выбора для тераностических подходов.
Тераностика, метод лечения, сочетающий терапию и диагностику , представляет собой новое направление в точной медицине, где радиоизотопы, производимые в MEDICIS, уже послужили толчком к исследовательским проектам. Стратегия, которую использует учреждение, состоит в том, чтобы найти элемент, содержащий два радиоизотопа, который будет использоваться отдельно для визуализации и терапии. [29]
Многообещающим элементом для использования в тераностике является тербий, поскольку он имеет четыре различных радиоизотопа для использования в терапии, а также в визуализации ПЭТ или ОФЭКТ . В 2021 году с помощью лазерного источника ионов МЕЛИССА успешно осуществлено производство радиоизотопа Tb, эффективность ионизации которого составила 53%, полученная студентами МЕДИСИС-Промед. [30] С 2021 года были произведены еще три нетрадиционных изотопа, представляющих интерес для ПЭТ-визуализации или терапевтических применений. [31]
Разведка разделенных масс 153 Sm в MEDICIS с использованием биологических исследований in vitro показало, что способность опухолей поглощать (поглощать) и удерживать вещества (удерживать) была улучшена по сравнению с нормальными тканями. ОФЭКТ-КТ-сканирование мышей было получено после инъекции и показало исчезновение активности через двадцать четыре часа. [32]
Участие в PRISMAP
[ редактировать ]Производство изотопов высокой чистоты методом массового разделения для медицинского применения (PRISMAP) — это европейская медицинская радионуклидная программа, целью которой является обеспечение устойчивого источника радиоизотопов высокой чистоты для медицины. [33] [34] Программа объединяет 23 бенефициаров из 13 стран, чтобы создать единую точку входа для сообщества пользователей медицинских изотопов. [35] Установка MEDICIS обеспечивает массовое разделение изотопов, которые затем можно транспортировать в близлежащие исследовательские центры, в которых размещаются сторонние исследователи, чтобы ограничить транспортировку образцов на большие расстояния. [36]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «МЕДИЦИС показывает свою силу» . ЦЕРН Курьер . 18 декабря 2020 г. Проверено 10 июля 2023 г.
- ^ «ЦЕРН-МЕДИСИС производит первые медицинские изотопы» . Мир физики . 13 декабря 2017 г. Проверено 10 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Дюшемен, Шарлотта; Рамос, Жоао П.; Стора, Тьерри; Ахмед, Эссраа; Обер, Элоди; Одуэн, Надя; Барберо, Эрманно; Барозье, Винсент; Бернардес, Ана-Паула; Бертре, Филипп; Бошер, Аврора; Брухертсайфер, Франк; Катералл, Ричард; Шевалле, Эрик; Христодулу, Пинелопи (2021). «ЦЕРН-МЕДИСИС: Обзор с момента ввода в эксплуатацию в 2017 году» . Границы в медицине . 8 : 693682. doi : 10.3389/fmed.2021.693682 . ПМЦ 8319400 . ПМИД 34336898 .
- ^ Пиксели 2, Rockin (02 января 2018 г.). «Новый центр ЦЕРН может внести вклад в исследования рака» . Форо Нуклеар . Проверено 11 июля 2023 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Бернардес, AP (15 октября 2014 г.). «Интеграция безопасности в проект MEDICIS» (PDF) . Проверено 24 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б «Радиоизотопы в медицине | Ядерная медицина - Всемирная ядерная ассоциация» . www.world-nuclear.org . Проверено 17 июля 2023 г.
- ^ Дроздович Владимир; Брилл, Аарон Б.; Каллахан, Рональд Дж.; Клэнтон, Джеффри А.; ДеПьетро, Аллегра; Голдсмит, Стэнли Дж.; Гринспен, Беннетт С.; Гросс, Милтон Д.; Хейс, Маргарита Т.; Мур, Стивен С.; Понто, Джеймс А.; Шрив, Уолтон В.; Мело, Данстана Р.; Линет, Марта С.; Саймон, Стивен Л. (май 2015 г.). «Использование радиофармацевтических препаратов в диагностической ядерной медицине в США: 1960–2010» . Физика здоровья . 108 (5): 520–537. дои : 10.1097/HP.0000000000000261 . ISSN 0017-9078 . ПМК 4376015 . ПМИД 25811150 .
- ^ «ПЭТ-циклотрон и радиофармацевтическая установка» . www.bccancer.bc.ca . Проверено 17 июля 2023 г.
- ^ Оллингер, Дж. М.; Фесслер, Дж. А. (январь 1997 г.). «Позитронно-эмиссионная томография» . Журнал обработки сигналов IEEE . 14 (1): 43–55. Бибкод : 1997ISPM...14...43O . дои : 10.1109/79.560323 . hdl : 2027.42/85853 .
- ^ Хосоно, Макото (1 июня 2019 г.). «Перспективы концепций индивидуализированной радионуклидной терапии, молекулярной лучевой терапии и тераностических подходов» . Ядерная медицина и молекулярная визуализация . 53 (3): 167–171. дои : 10.1007/s13139-019-00586-x . ISSN 1869-3482 . ПМК 6554368 . ПМИД 31231436 .
- ^ «Здание | ЦЕРН-МЕДИСИС» . medicis.cern . Проверено 11 июля 2023 г.
- ^ «ЦЕРН-МЕДИЦИС: Новые изотопы для медицинских исследований | Передача знаний» . кт.церн . Проверено 11 июля 2023 г.
- ^ Европейская комиссия (01 апреля 2015 г.). «Радиоизотопные пучки для медицины, производимые компанией MEDICIS» . Горизонт 2020 . дои : 10.3030/642889 .
- ^ Ло, Крис (20 октября 2017 г.). «ЦЕРН-МЕДИСИС: поддержка ядерной медицины» . Фармацевтическая технология . Проверено 11 июля 2023 г.
- ^ Браун, Александр (1 сентября 2015 г.). Проектирование системы сбора и отбора проб CERN MEDICIS . Манчестерский университет (Диссертация).
- ^ Jump up to: а б Гадельшин В.М.; Барозье, В.; Коколиос, TE; Федосеев В.Н.; Форменто-Кавайер, Р.; Хаддад, Ф.; Марш, Б.; Марзари, С.; Роте, С.; Стора, Т.; Студер, Д.; Вебер, Ф.; Вендт, К. (15 января 2020 г.). «МЕЛИССА: Установка лазерного источника ионов на объекте ЦЕРН-МЕДИЦИС. Чертеж» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 463 : 460–463. Бибкод : 2020НИМПБ.463..460Г . дои : 10.1016/j.nimb.2019.04.024 . ISSN 0168-583X . S2CID 182312164 .
- ^ МЕДИСИС. «Сделание новых медицинских радионуклидов доступными для исследований рака» (PDF) . Индико . Проверено 11 июля 2023 г.
- ^ Дюшемен, Шарлотта; Барберо-Сото, Эстер; Бернардес, Ана; Катералл, Ричард; Шевалле, Эрик; Коколиос, Томас; Дорсиваль, Александр; Федосеев Валентин; Фернье, Паскаль; Жилардони, Симона; Гренар, Жан-Луи; Хаддад, Ферид; Хейнке, Рейнхард; Хан, Мухаммад Асиф; Ламберт, Лаура (2020). «ЦЕРН-МЕДИСИС: Уникальная установка по производству нетрадиционных радионуклидов для медицинских исследований» . Материалы 11-й Международной конференции по ускорителям частиц . ИПАК2020. Зайдель Майк (ред.), Ассманн, Ральф В. (ред.), Шотар Фредерик (ред.), Шаа, Фолькер Р.В. (ред.): 5 страниц, 0,595 МБ. doi : 10.18429/JACOW-IPAC2020-THVIR13 . ISSN 2673-5490 .
- ^ Jump up to: а б «Лаборатория МЕДИСИС | ЦЕРН-МЕДИСИС» . Доктора.церн Проверено 11 июля 2023 г.
- ^ «Лаборатория МЕЛИССА | ЦЕРН-МЕДИСИС» . medicis.cern . Проверено 13 июля 2023 г.
- ^ Гадельшин Вадим Маратович; Уилкинс, Шейн; Федосеев Валентин Николаевич; Барберо, Эрманно; Барозье, Винсент; Бернардес, Ана-Паула; Шевалле, Эрик; Коколиос, Томас Элиас; Крепье, Бернар; Доккс, Кристоф; Эк, Матиас; Фернье, Паскаль; Кавайер, Роберто Форменто; Хаддад, Ферид; Якоби, Йоханнес (06 мая 2020 г.). «Первый лазер ионов на установке ЦЕРН-МЕДИСИС» . Сверхтонкие взаимодействия . 241 (1): 55. Бибкод : 2020HyInt.241...55G . дои : 10.1007/s10751-020-01718-y . hdl : 10995/90409 . ISSN 1572-9540 . S2CID 254553308 .
- ^ Шоппер, Хервиг; Лелла, Луиджи Ди (13 июля 2015 г.). 60 лет экспериментов и открытий ЦЕРН . Всемирная научная. ISBN 978-981-4644-16-7 .
- ^ «Источники радиоактивного пучка (RBS) | Группа источников, мишеней и взаимодействий (STI)» . sy-dep-sti.web.cern.ch . Проверено 14 августа 2023 г.
- ^ «79-е заседание ISCC | ИЗОЛЬДЕ» . isolde.cern . Проверено 14 августа 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Буркхардт, Клаудия; Бюлер, Лео; Виертл, Дэвид; Стора, Тьерри (02 августа 2021 г.). «Новые изотопы для лечения рака поджелудочной железы в сотрудничестве с ЦЕРН: мини-обзор» . Границы в медицине . 8 : 674656. doi : 10.3389/fmed.2021.674656 . ISSN 2296-858X . ПМЦ 8365147 . ПМИД 34409048 .
- ^ Фонслет, Джаспер (2017). «Производство и использование нетрадиционных радиометаллов для современной диагностики и терапии» (PDF) . ДТУ Нутех .
- ^ Мюллер, Кристина; Ребер, Жозефина; Халлер, Стефани; Доррер, Хольгер; Кестер, Улли; Джонстон, Карл; Жерносеков Константин; Тюрлер, Андреас; Шибли, Роджер (13 марта 2014 г.). «Альфа-терапия, направленная на фолатные рецепторы с использованием тербия-149» . Фармацевтика . 7 (3): 353–365. дои : 10.3390/ph7030353 . ISSN 1424-8247 . ПМЦ 3978496 . ПМИД 24633429 .
- ^ Стора, Тьерри; Прайор, Джон О.; Декристофоро, Клеменс (3 октября 2022 г.). «Редакционная статья: MEDICIS-promed: Достижения в области пучков радиоактивных ионов для ядерной медицины» . Границы в медицине . 9 . дои : 10.3389/fmed.2022.1013619 . ISSN 2296-858X . ПМЦ 9574352 . ПМИД 36262271 .
- ^ Кавайер, Р. Форменто; Хаддад, Ф.; Соуналет, Т.; Стора, Т.; Захи, И. (01 января 2017 г.). «Радионуклиды тербия для применения в тераностике: в центре внимания МЕДИСИС-ПРОМЕД» . Процессия по физике . Конференция по применению ускорителей в исследованиях и промышленности, CAARI 2016, 30 октября – 4 ноября 2016 г., Ft. Уорт, Техас, США. 90 : 157–163. Бибкод : 2017PhPro..90..157C . дои : 10.1016/j.phpro.2017.09.053 . ISSN 1875-3892 .
- ^ Гадельшин Вадим Маратович; Форменто Кавайер, Роберто; Хаддад, Ферид; Хейнке, Рейнхард; Стора, Тьерри; Студер, Доминик; Вебер, Феликс; Вендт, Клаус (2021). «Производство медицинских радиоизотопов тербия: разработка схемы лазерно-резонансной ионизации» . Границы в медицине . 8 : 727557. doi : 10.3389/fmed.2021.727557 . ПМЦ 8546115 . ПМИД 34712678 .
- ^ Бернерд, К.; Джонсон, доктор юридических наук; Обер, Э.; Ау, М.; Барозье, В.; Бернард, А.-П.; Бертрейкс, П.; Брухертсайфер, Ф.; Катералл, Р.; Шевалле, Э.; Хризалидис, К.; Христодулу, П.; Коколиос, TE; Крепье, Б.; Дешам, М. (01 сентября 2023 г.). «Производство инновационных радионуклидов для медицинского применения на предприятии ЦЕРН-МЕДИСИС» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел B: Взаимодействие пучков с материалами и атомами . 542 : 137–143. Бибкод : 2023NIMPB.542..137B . дои : 10.1016/j.nimb.2023.05.008 . ISSN 0168-583X . S2CID 259717417 .
- ^ Вермюлен, Коэн; Ван де Вурде, Мишель; Сегерс, Шарлотта; Кулкенс, Амели; Родригес Перес, Сунай; Даемс, Ноами; Дюшемен, Шарлотта; Краббе, Мелисса; Опсомер, Томас; Салдарриага Варгас, Кларита; Хейнке, Рейнхард; Ламберт, Лаура; Бернерд, Кирилл; Бургойн, Эндрю Р.; Коколиос, Томас Элиас (декабрь 2022 г.). «Изучение потенциала самария-153 с высокой молярной активностью для таргетной радионуклидной терапии с помощью [153Sm]Sm-DOTA-TATE» . Фармацевтика . 14 (12): 2566. doi : 10.3390/pharmaceutics14122566 . ISSN 1999-4923 . ПМЦ 9785812 . ПМИД 36559060 .
- ^ МЕДИСИС. «PRISMAP Европейская программа медицинских изотопов» (PDF) . medicis.cern . Проверено 12 июля 2023 г.
- ^ «Описание проекта» . ПРИЗМАП . Проверено 12 июля 2023 г.
- ^ «Призыв к участию в проектах PRISMAP» . ЕАНМ . 17 декабря 2021 г. Проверено 12 июля 2023 г.
- ^ «PRISMAP – Европейская программа по медицинским радионуклидам направлена на преобразование европейского ландшафта для новых и появляющихся медицинских радионуклидов – ILL Neutrons for Society» . www.ill.eu. Проверено 12 июля 2023 г.