I en nyligen genomförd studie, Forskare från Texas A&M University har beskrivit en ny process för att rena astatin-211, en lovande radioaktiv isotop för riktad cancerbehandling. Till skillnad från andra komplicerade reningsmetoder, deras teknik kan extrahera astatin-211 från vismut på minuter snarare än timmar, vilket avsevärt kan minska tiden mellan produktion och leverans till patienten.

"Astatine-211 är för närvarande under utvärdering som ett cancerläkemedel i kliniska prövningar. Men problemet är att försörjningskedjan för detta element är mycket begränsad eftersom endast ett fåtal platser över hela världen kan göra det, " sa Dr Jonathan Burns, forskare vid Texas A&M Engineering Experiment Stations Nuclear Engineering and Science Center. "Texas A&M University är en av en handfull platser i världen som kan göra astatin-211, och vi har definierat en snabb separationsprocess för astatin-211 som ökar den användbara kvantiteten av denna isotop för forsknings- och terapeutiska ändamål."

Forskarna tillade att denna separationsmetod kommer att föra Texas A&M ett steg närmare att kunna tillhandahålla astatin-211 för distribution genom Department of Energys Isotope Program National Isotope Development Center som en del av University Isotope Network.

Detaljer om den kemiska reaktionen för att rena astatin-211 i tidskriften Separations- och reningsteknik.

Astatin är ett av de minst förekommande grundämnena på jorden. Vidare, det är kortlivat, genomgår snabbt radioaktivt sönderfall genom att frigöra positivt laddade alfapartiklar för att uppnå kärnstabilitet. Därav, astat, särskilt dess isotop astatine-211, är en attraktiv kandidat för en form av strålbehandling för cancerbehandling, kallas riktad alfapartikelterapi.

Till skillnad från andra former av strålning som kan tränga djupare in i kroppen, skada både frisk och cancerös vävnad, alfapartiklar färdas en kort sträcka och förlorar sin energi. Således, när astatin-211 är placerat i eller nära cancervävnad, dess emitterade alfapartiklar färdas tillräckligt djupt för att förstöra cancercellerna men lämnar frisk vävnad minimal skadad. Också, den korta halveringstiden för astatin-211, eller tid det tar för hälften av dess atomkärnor att sönderfalla, innebär att det förlorar sin radioaktivitet snabbt och är mindre giftigt än andra radiofarmaka som är långlivade.

Burns noterade dock att halveringstiden för astatin är ett tveeggat svärd. Eftersom elementet har ett mycket lågt naturligt överflöd, astatine-211 tillverkas på konstgjord väg genom att bombardera vismut med snabba alfapartiklar. När den väl skapats, astatin-211 börjar sönderfalla omedelbart, han sa, starta klockan på hur länge den kommer att hålla.

"Var 7,2 timme, hälften av det producerade astatin-211 sönderfaller och kan inte längre användas för behandling, " sa Burns. "Så, tiden det tar från det att det produceras till att det kan gå in i patienten blir mycket kritisk. Om en reningsprocess tar 4 timmar, till exempel, det betyder att det är ungefär hälften av astatins halveringstid; du har förlorat en tredjedel av det material du har gjort."

I ett försök att förenkla reningsprocessen, Burns och hans kollegor försökte använda salpetersyra för att extrahera astatin-211 från vismut. För sina experiment, de fyllde en kromatografikolonn som ofta används för att separera blandningar med små porösa pärlor infunderade med organiska kemikalier som kallas ketoner.

Nästa, forskarna gjorde astatin-211 genom att bombardera vismut med alfapartiklar vid Texas A&M University Cyclotron Institute. De löste sedan upp vismuten i salpetersyra. När de passerade denna lösning genom kromatografikolonnen, forskarna fann att endast astatin-211 bildade en kemisk bindning med ketonerna. Vidare, eftersom ketonerna är hydrofoba, de stöttes bort från salpetersyra, fastnar på pärlorna. Nettoeffekten var att vismut passerade genom kolonnen, medan ren astatin-211 förblev uppsamlad i pärlorna.

Detta förfarande, forskarna fann, tar ungefär 10 till 20 minuter, till skillnad från andra astatinreningsprocesser som kan ta timmar.

Även om en cyklotron behövs för att framställa astatin-211 av medicinsk kvalitet, Burns sa att många sjukhus redan är utrustade med en maskin för att producera andra kemikalier, som fluordeoxiglukos F 18 som behövs för positronemissionstomografi. Men även för sjukhus som kan förlita sig på leverans av astatin-211 från en annan plats, den korta reningsproceduren ger mer tid för transport.

"Texas A&M University, till exempel, ligger på ett riktigt bra geografiskt läge, vi är mitt i fem av de 20 största städerna i Amerika och vi är precis bredvid ett av de stora cancercentrumen i USA, " sa Burns. "Vi siktar på att producera, rena, och skicka astatin i partier som är tillräckligt stora för prekliniska och kliniska prövningar. Vi är inte där än, men vi har gjort betydande framsteg genom denna eleganta separationsteknik."

Andra bidragsgivare till forskningen inkluderar Dr. Evgeny Tereshatov, Geoffrey Avila, Kevin Glennon, Andrew Hannaman, Kylie Lofton, Laura McCann, Mallory McCarthy, Dr Lauren McIntosh, Steven Schultz, Dr Gabriel Tabacaru, Amy Vonder Haar och Dr. Sherry Yennello från Cyclotron Institute vid Texas A&M.

Forskningen finansieras av United States Department of Energy Isotope Program, förvaltas av Office of Science, Texas A&M University genom Bright Chair in Nuclear Science, Texas A&M System National Laboratories Office, och US Department of Energy.