Generadores de Radionucleidos Dra Henia Balter CBMRI Centro de Investigaciones Nucleares

TA > TB INTRODUCCIÓN Necesidad del uso de RN de corto T ½ en Medicina Nuclear Desventaja: traslado desde el centro de producción En varios campos de la ciencia se evidencia la utilidad de los RN de corto período, especialmente en la Medicina Nuclear. Su empleo obvia el problema de la eliminación de los desechos radiactivos, pero es una desventaja a la hora de su utilización y traslado desde el centro de producción. Actualmente se conocen muchos RN de corto T ½ que son producto de la desintegración de otro RN de T ½ suficientemente largo como para ser enviado a los usuarios. Ellos constituyen un par de RN con relación genética, llamados “padre-hijo”, capaces de alcanzar el equilibrio radiactivo, con los que se puede construir generadores de radionucleidos. Padre Hijo TA > TB

GENERADORES DE RADIONUCLEIDOS DEFINICIÓN Son sistemas que permiten la separación de 2 radionucleidos (RN) en equilibrio radiactivo en forma simple y con buena eficiencia. Tienen la ventaja de que son fáciles de transportar y sirven de fuente del RN hijo en instituciones que no cuentan con ciclotrones o reactores nucleares cerca.

GENERADORES Los métodos más usados para la separación del RN hijo son: Extracción por solvente Sublimación Cromatográfico El RN padre (T1/2 largo) se adsorbe sobre un soporte cromatografico o lecho El RN hijo (T1/2 corto) se eluye con un solvente adecuado en función de las propiedades químicas y/o físicas diferentes Rf (padre) = 0 y Rf (hijo) = 1 El tipo de generador más usado en la actualidad es el generador cromatográfico, que es un sistema sobre el cual se adsorbe sobre un lecho un RN de T ½ largo (RN padre) y por decaimiento genera otro RN de T ½ menor (RN hijo), el cual puede separase de su padre por diferencia de afinidad al adsorbente, frente a una solución de eluyente adecuada. Es el mismo principio que la cromatografía. Se parte de un padre de largo T ½ , en equilibrio radiactivo con su hijo de corto T ½. Las props químicas del padre deben ser diferentes de las del hijo de modo de que puedan ser separados fácilmente.

Generador cromatografico Columna de vidrio ó plástico Placa porosa en su base Matriz o soporte: Alúmina Al2O3 Sílice SiO2 Óxido de zirconio hidratado ZrO2 Óxido de Sn hidratado Resinas catiónicas o aniónicas Papel cromatográfico Carbón activado Blindaje Construcción: Se emplean columna de vidrio o plástico, con una placa porosa o filtro en su base para retener el lecho de la columna, la cual puede estar rellena de diferentes materiales (leer) en el cual el RN padre es adsorbido. El generador debe ser estéril y apirógeno. Por ese motivo debe poder esterilizarse por autoclave ya sea la columna, o prepararlo a partir de materiales estériles en condiciones asépticas. A veces se le agregan materiales bacteriostáticos, o se pone un filtro esterilizante a la salida de la columna. Debe estar correctamente blindado para evitar la exposición a las radiaciones durante el transporte y manipulación.

Radionucleido hijo CARACTERÍSTICAS Baja radiotoxicidad Periodo de semisdesinteracion corto Emisor gamma o b+ puro (diagnostico) Emisor beta (terapia) Estabilidad química Producto de desintegración estable o de Tbiologico corto y baja radiotoxicidad Debe ser simple y rápido de usar para minimizar la exposición del operador. Alto rendimiento de elución: que permita una buena separación química del par padre-hijo. El eluato debe estar libre del padre. Baja radiotoxicidad del padre por ser un posible radiocontaminante, y del hijo: corto T1/2, y emisión gamma pura de E adecuada para uso en M.Nuclear.

Eluato libre del RN padre y del material adsorbente Radionucleido padre Baja radiotoxicidad T1/2 largo Alto rendimiento de elución del RN hijo en forma repetitiva y reproducible Eluato libre del RN padre y del material adsorbente Eluato compatible con el medio interno Estéril Apirógeno Preferentemente en solución salina Fácil de construir y blindar Fuerte y compacto para su traslado Debe ser simple y rápido de usar para minimizar la exposición del operador. Alto rendimiento de elución: que permita una buena separación química del par padre-hijo. El eluato debe estar libre del padre. Baja radiotoxicidad del padre por ser un posible radiocontaminante, y del hijo: corto T1/2, y emisión gamma pura de E adecuada para uso en M.Nuclear.

Los de uso potencial en Medicina Nuclear son: El 1er generador comercial fue el de 132Te / 132 I, desarrollado en el Brookhaven National Laboratory en los años 60 Existen unos 65 pares de RN en equilibrio radiactivo, de los cuales 26 son transitorios. Los de uso potencial en Medicina Nuclear son: T1/2 padre T1/2 hijo Decaim. del hijo 99Mo – 99mTc 66 h 6 h T.I. 113Sn – 113mIn 115d 1.67 h T.I. 188W – 188Re 69.4d 16.98 h b- , T.I (15%) 90Sr – 90 Y 29 a 64 h b- 82Sr – 82Rb 25 d 75 s b+ 68Ge – 68 Ga 271 d 68 m b+ En la Tabla periódica existen unos 65 pares de RN en equilibrio radiactivo, de los cuales 26 pueden considerarse como transitorio. Sólo unos 9 – 10 de ellos son de interés potencial en Med. Nuclear. El > evento en la M.Nuclear fue la introducción del 99mTc, el cual permitió no sólo visualizar estructuras anatómicas internas, sino realizar estudios dinámicos. Por ese motivo, el poder disponer de un generador de 99mTc en clínica fue sin duda un hito importante. Por ser el más usado de todos los generadores, hablaré de él en detalle luego. El 113Sn- 113mIn se usó ppalmente entre los años 60 y 70 para visualizar la mayoría de los órganos, incluido cerebro, hígado, pulmón, riñón y pool sanguíneo. El 113m In se eluye del generador como InCl3, con EO +3 y forma rápidamente quelatos sin necesidad de ser reducido como el 99mTc. El 113 Sn decae por CE a 113mIn, el cual decae por transición isomérica a 113In estable con T1/2 de 1.7 hrs., con gammas de 393 KeV. Su corto T1/2 requiere varias eluciones diarias en la clínica. El 188W decae por beta a 188 Re, emisor beta y gamma. El renio se eluye como perrenato, y se usa para marcar RF para uso en terapia, aprovechando la ventaja que tienen el trasladar la química del Tc al Re. Se realizan marcaciones con rendimientos y pureza similares a los obtenidos con 99mTc. El 90Sr decae por beta a 90Y, emisor también emisor beta. Se lo utiliza para marcar péptidos y anticuerpos para inmunoterapia en tratamientos para cáncer, por lo cual tb es un RN de terapia. El 82Sr decae por CE a 82Rb, el cual decae por b+ con un T1/2 de 75 seg. Se lo eluye como Rb+, lo cual es útil para obtener imágenes cardíacas y de tumores de cerebro por PET. El 68Ge decae por CE a 68Ga, que tb es un emisor de positrones, el cual se eluye en EO +3, formando rápidamente quelatos, teniendo una química muy similar a la del 113mIn. Se lo usa para estudios de PET y para marcado de péptidos

TECNECIO: Tc Z =43, Grupo VII B 99mTc: emisor g puro, E g = 140 KeV Descubierto en 1937 por Perrier y Segré Todos sus isótopos son radiactivos 99mTc: emisor g puro, E g = 140 KeV Producto de decaimiento b- del 99Mo Ideal para diagnostico: Baja dosis de radiación entregada a los tejidos Buena visualización de estructuras anatómicas El Tc es el elt nº 43 de la tabla periódica, pertenece al grupo VII B de la 2da serie de transición. Fue descubierto por Perrier y Segré por bombardeo de Mo en ciclotrón. Su nombre significa “artificial”, no existen isótopos estables en la naturaleza. Pos años permaneció como una curiosidad científica, hasta que se aplicaron criterios para buscar RI apropiados para su aplicación “in vivo” con fines diagnósticos, y se vio que el isótopo 99m reunía las condiciones ideales para imágenes de órganos, tanto por la baja dosis de radiación entregada al tejido como por la buena visualización de las estructuras anatómicas. Es un emisor gamma puro, con una energía optima para ser detectado por las gamma cámaras de 140 keV.

Estados de oxidación más estables del Tc: +7 99mTcO4- +4 99mTcO2 Entre +1 y +5 sólo son estables en forma de complejos de coordinación. Forma química conveniente para la producción: 99MoO4=  99mTcO4- El Tc es el elt nº 43 de la tabla periódica, pertenece al grupo VII B de la 2da serie de transición. Fue descubierto por Perrier y Segré por bombardeo de Mo en ciclotrón. Su nombre significa “artificial”, no existen isótopos estables en la naturaleza. Pos años permaneció como una curiosidad científica, hasta que se aplicaron criterios para buscar RI apropiados para su aplicación “in vivo” con fines diagnósticos, y se vio que el isótopo 99m reunía las condiciones ideales para imágenes de órganos, tanto por la baja dosis de radiación entregada al tejido como por la buena visualización de las estructuras anatómicas. Es un emisor gamma puro, con una energía optima para ser detectado por las gamma cámaras de 140 keV.

Esquema de decaimiento del par 99Mo – 99mTc Se lo obtiene por decaimiento del 99Mo, leer El Mo bajo forma de MoO4= forma sales alcalinas insolubles en agua, de las que se obtiene el ácido insoluble, el cual se adsorbe sobre alúmina. El generador de Mo/Tc fue desarrollado en 1957 en el Brookhaven National Laboratory y se usó por 1era vez en clínica en 1961 en la Universidad d e Chicago. Tiene una vida útil de unas 2 semanas, y normalmente se recibe semanalmente en las clínicas.

Métodos de separación del 99Mo-99mTc Extracción por solventes Sublimación Cromatografía El método seleccionado debe ser pasible de ser repetidamente efectuado

Producción de 99Mo Activación neutrónica del 98Mo Fisión del 235U

Activación neutrónica del 98Mo 98Mo(n,g)99Mo s=0 Activación neutrónica del 98Mo 98Mo(n,g)99Mo s=0.14 barns - Actividad especifica 1 Ci 99Mo/g Mo natural 8 Ci 99Mo/g Mo enriquecido - Blancos de irradiación MoO3 y Mo metal - Reacciones secundarias (n,p) y (n,a) poco importantes (n,g) sobre impurezas del Mo Ej: 186Re y 188Re - Se debe purificar el Mo para eliminar el Re * sublimación de óxidos de Re volátiles a alta temperatura * solubilizacion en NH3 y retención en C activado

Procesamiento post irradiación del MoO3 1. 1. Disolución en KOH, NaOH o NH4OH 2. a) Acidificar a pH 1,5-5,0 Absorción alumina b) Ajustar a 0.5-5M de álcali Extracción por solventes 2. Usar en forma de MoO3 Sublimación

Producción de 99Mo por fisión de 235U 235U(n,f)99Mo Rend: 6.1% Irradiacion de 1g 235U, 6 días = 7x1013n/cm2.s  142 Ci 99Mo Actividad especifica 9x103 Ci/g Mo práctica 5x105 Ci/g Mo teórica

Reacciones secundarias 235U(n,f)97Zr  97mNb 97Mo estable 16,8h 94.6% 60s 97Nb 72.1m 235U(n,f)98Nb  98Mo estable 51m 235U(n,f)100Mo estable Las reacciones que dan Mo estable disminuyen la actividad especifica

Empleo de blancos enriquecidos con 235U Incrementa el rendimiento Disminuye la reacción indeseable 238U(n,g)239U  239Np  239Pu b- b- El 239Pu es emisor a y muy toxico

Métodos de separación del par 99Mo-99mTc EXTRACCION POR SOLVENTES Basado en diferencia de coeficiente de reparto Económico Se usa 99Mo de reactor Rinde soluciones de 99mTc de alta concentración de actividad y bajo nivel de impurezas Solventes Alcoholes en medio acido Cetonas en medio alcalino Pureza radionucleidica: 99Mo, 186Re y 188Re: 10-5–10-4 % 110mAg, 134Cs, 60Co, 131I: 10-9% Pureza química: analizar MEC o solvente empleado

Métodos de separación del par 99Mo-99mTc SUBLIMACION Basado en diferencia de volatilidad del MoO3 y Tc2O7 Proceso: Calentamiento a 850C Tfusion MoO3 = 795C Tfusion Tc2O7 = 119,5C Tebull. MoO3 = 1155C Tebull. Tc2O7 = 311C Tc2O7 se volatiliza y arrastra con O2 MoO3 no se volatiliza Se usa 99Mo de reactor: 200g MoO3 (1Ci/g)

Pureza radionucleidica SUBLIMACION Pureza radionucleidica 99Mo (10-3 – 10-4 %) 186W(n,g)187W(n,g)188W  188Re 185Re(n,g)186Re 90,6h 187Re(n,g)188Re 16,9h Contenido de Re disminuye al aumentar el numero de sublimaciones 1a sublimación: Re 10-3 % 2ª sublimación: Re 10-5 %

SUBLIMACION Alta pureza radionucleidica Alta pureza radioquímica Alta pureza química Baja probabilidad de contaminación bacteriana Soluciones de alta concentración 99Mo de reactor

Generador cromatografico de 99Mo – 99mTc Columna de lecho de alúmina a pH 1.5-5.0 donde se adsorbe el Mo en forma de MoO4= o Mo7O24-6 99Mo obtenido de fisión del 235U Alta actividad específica (104Ci/g Mo) Capacidad de adsorción: 2 mg Mo / g alúmina Autoclavado de la columna Ensamblado en condiciones asépticas en blindaje de Pb Controles de calidad Los generadores tipo cromatográficos constan de una columna de lecho de alúmina, la cual fue previamente lavada con NaCl 0.9% a pH 5.0 para darle una carga positiva y así poder adsorber los aniones de Mo en forma de molibdato u otras formas p.ej paramolibdato, en donde el Mo está en un EO de +6, lo cual permite eluir el 99mTc en forma de 99mTcO4-, (EO +7) con solución salina. El Mo a usar en este tipo de generadores se obtiene por fisión del uranio 235, y se separa por técnicas radioquímicas de otros RN presentes en el reactor. Se obtiene así una alta actividad específica (104 Ci/g Mo). Esta fue una de las causas por la cual se dejó de usar los métodos por extracción por solvente y el de sublimación, pues si bien la producción de 1 Ci de 99 Mo era hasta 4 veces más barato, se partía de 98Mo (n,g) 99Mo , dando 99Mo de baja act. específica (1 Ci/ g Mo), la cual no era adecuada para usar en un generador cromatográfico, que requiere de una alta act específica. La cantidad de Mo adsorbida es de 2 mg de Mo / g de alúmina. Luego se autoclava para esterilizar y se ensambla en condiciones asépticas en un blindaje de Pb.

TIPOS DE GENERADORES DE 99Mo – 99mTc LECHO HÚMEDO: El reservorio de NaCl 0.9% está conectado al generador, el cual está continuamente húmedo LECHO SECO: Una vez finalizada la elución, se seca la columna con un vial al vacío Hay 2 tipos de generadores de Tc: de lecho húmedo y de lecho seco. En los de lecho húmedo, el Tc es eluído por un vial con vacío, pero la columna queda siempre húmeda. Los 1eros tipos de generadores cromatográficos eran de este tipo. En los de lecho seco, se seca la columna con vacío una vez terminada la elución. El rápido crecimiento de la M. Nuclear requirió cada vez mayores cantidades de 99mTc y generadores con mayor cantidad de actividad de 99Mo. Sin embargo, a veces ocurría una disminución en el rendimiento de le elución, principalmente en la 1era elución de un generador nuevo.

POSIBLES SOLUCIONES LECHO HÚMEDO: DESVENTAJAS Disminución del rendimiento de elución por radiólisis del agua, por formación de especies H2O2 y HO2. Interferencia en la marcación de los kits POSIBLES SOLUCIONES Eluir 1 hora después de haber eliminado los contaminantes NaCl 0.9% fresco introduce O2 Agregar agentes oxidantes como ClO– , NO3-, u otros Aumentar el O2 disuelto en el NaCl 0.9 % La principal razón era por la producción de productos de radiólisis producida por el decaimiento del Mo en la columna. Se producía la radiólisis del agua, con formación de peróxido de hidrógeno y radicales libres perhidroxilos HO2. Estas especies pueden reducir al Tc dentro de la columna, causando que se adsorba más firmemente a la columna y no se eluya la actividad esperada. Además, la presencia de estos agentes oxidantes pueden interferir a la hora de hacer la marcación con 99mTc, pues se necesita que esté en un EO inferior a +7, para lo cual se utilizan agentes reductores en la formulación de los kits. Esto ocurría generalmente cuando un generador nuevo no se eluía por 2 ó 3 días, y se podía obtener sólo el 10% de la actividad esperada. Una posible solución era hacer una elución 1 hora después de la extracción de los contaminantes radiolíticos, pues se introducía NaCl O.9% rico en O2, el cual reoxidaba al Tc a su EO +7. Otra posibilidad es agregar agentes oxidantes a la columna, como hipoclorito de sodio en el NaCl 0.9 %, pero también fue dejado de lado por las interferencias a la hora de la marcación. Otra técnica fue aumentar el % de O2 disuelto en el NaCl 0.9%, aumenta el % de elución y no interfiere en el marcado de los kits.

GENERADOR DE LECHO HÚMEDO

LECHO SECO VENTAJAS Mejora el problema de disminución del % de elución de los de lecho húmedo Introduce aire al sistema, manteniendo el Tc como 99mTcO4- DESVENTAJAS La columna podria quedar húmeda si se el vial tiene poco vacio o se seca insuficientemente Los generadores de lecho seco se desarrollaron para mejorar el problema de la disminución del % de elución de los de lecho húmedo. Luego de la elución, se remueve la solución salina de la columna usando un vial con vacío. Esto disminuye significativamente la formación de productos de radiolisis, pues se introduce aire al sistema, lo cual mantiene el Tc en forma de TcO4-

GENERADOR DE LECHO SECO

CONTROLES DE CALIDAD DEL ELUÍDO EFICENCIA DE ELUCIÓN PERFIL DE ELUCIÓN PUREZA QUÍMICA PUREZA RADIONUCLEÍDICA PUREZA RADIOQUÍMICA pH DEL ELUATO ESTERILIDAD Y APIRIGENICIDAD

Factores que influyen: 1. EFICIENCIA DE ELUCIÓN Es la fracción del 99mTc presente en el generador que es separada durante el proceso de elución Factores que influyen: radicales libres (e- (ac), OH • , H2 , etc.) Eluyente alcanza sólo una fracción de la superficie de la columna mala calidad del adsorbente canalización de la columna mal empaquetamiento de la columna proceso de esterilización precipitacion de cristales de NaCl

2. PERFIL DE ELUCIÓN Volumen de elución es aquel a partir del cual no se incrementa más el rendimiento de separación Los parámetros de la curva de elución de 99mTcO4- cuando se eluye con NaCl 0.9 % están determinados por el tamaño del lecho y cómo éste fue cargado. El volumen requerido para eluir el máximo es proporcional al tamaño del lecho El ancho del pico es proporcional al tamaño del lecho La altura del pico es inversamente proporcionalal tamaño del lecho El volumen de elución siempre es un poco mayor que el volumen del lecho de la columna. La distribución de la actividad / mL extraída tiene una forma gaussiana. Si el generador sufre un accidente o se deja varios días sin eluir puede cambiar el perfil. También importa no sobrecargar la alúmina con el Mo, sino puede dar picos dispersos y expandidos. Se puede programae la forma de hacer las eluciones con bajo rendimiento a una det. Hora y en la siguiente elución efectuar ua elución fraccionada para obtener una alta concentración de actividad.

La impureza química más importante es el Al+3. Límite: < 10 mg / mL (10 ppm) Determinación: Ensayo a la gota en placas excavadas con Alizarina S en medio acético. Color amarillo: ausencia de Al+3 Color rosado amarillento: < 10 mg / mL Color rosado > 10 mg / mL La impureza química más importante es el Al+3 que se forma durante la adsorción del 99Mo, o sea que el lecho está en contacto con un medio ácido. El Al puede interferir con el marcado de algunos RF como coloide de S, difosfonatos, etc.

4. PUREZA RADIONUCLEÍDICA La impureza radionucleídica más común es el 99Mo Límite: < 0.15 mCi/mCi de 99mTcO4- Determinación Cromatografía ascendente Medida de atenuación g con calibrador de dosis Espectrometría g Cromatografía por ITLC usando NaCl 0.9 % como eluyente En la medida de la atenuación gama con calibrador de dosis se basa en la diferencia de energñia entre el 99Mo (cuyo fotón más abundante es de 739.7 keV, y la E de los fotones del 99m Tc (140 KeV) Mediante un blindaje de Pb de 6 mm de espesor (paredes, tapa y fondo), se atenúan las emisiones de Tc en un 99.5%, mientras que las de 99Mo son atenuadas sólo en un 50% Se determina un factor de atenuación con una fuente patrón de 99Mo con y sin blindaje en el factor de calibración de 99mTc y se estima el cociente entre ambas medidas. Fa = Actividad con blindaje/ actividad sin blindaje Sobre un eluído del generador, se hace las medidas de actividad total con y sin blindaje de Pb en las mismas condiciones en que se midió el factor de atenuación. Act 99Mo =Act total con blindaje / factor de atenuación Relación 99Mo / 99m Tc = Act total de 99Mo / Act sin blindaje

CROMATOGRAFÍA ASCENDENTE ITLC-SG con NaCl 0.9 % (I) y MEC (II) Rf de las especies presentes (I) (II) Rf 99Mo = 0.2 – 0.3 Rf 99mTcO4- = 1.0 Rf 99mTcO4- = 0.7 – 0.9 Rf 99mTcO2 = 0.0 Rf 99mTcO2 = 0.0

MEDIDA DE ATENUACIÓN g EN CALIBRADOR DE DOSIS (g 99Mo = 740 keV) Se determina el factor de atenuación con una fuente patrón de 99Mo medida con y sin blindaje en el factor de calibración de 99mTc. El cociente es el Factor de Atenuación (Fa) = Act.con blindaje Act. sin blindaje Sobre el eluído del generador, se repite el procedimiento en las mismas condiciones (con y sin blindaje) Act total 99Mo = Act.con blindaje Fa Relación 99Mo / 99mTc = Act total 99Mo Limite de 99Mo: 0,15mCi/mCi 99mTc

Es más sensible pues detecta niveles de actividad mucho menores ESPECTROMETRÍA g Es más exacto pues se mide la actividad correspondiente a la emisión de los fotones de 740 keV del 99Mo Es más sensible pues detecta niveles de actividad mucho menores El espectro se realiza en un espectrómetro de 1024 canales con detector de NaI (Tl), y un filtro de Pb de 15 mm de espesor. Se mide en el fotopico de 740 keV y en el de 140 keV. Teniendo en cuenta la eficiencia y corrigiendo por las abundancias correspondientes, se calcula la relación 99Mo / 99mTc

pH del eluato Es importante porque puede indicar una probable contaminación con microorganismos 6. Esterilidad y apirogenicidad En general, los efectos combinados de filtración e irradiación hacen difícil la contaminación del eluído Si el fabricante adoptó las precauciones necesarias para garantizar un eluído estéril y apirógeno, no es necesario realizar controles de esterilidad

Generador 68Ge/68Ga

Generador 68Ge/68Ga Caracteristicas Rendimiento tipico 70% Breakthrough de Ge-68 : de 3 x 10e-5 % a 1.0 x 10e-3% (aumenta con la edad de generador) Elucion: 5 mL 0.1 M HCl Necesidad de pre-elucion cuando no se usa varios dias (ej fin de semana) Tasa de radiacion en contacto con el generador <0.5 mR por mCi de Ge-68. Debe estar dentro de un castillo blindado para asegurar la proteccion del personal Caracteristicas Periodo de semidesintegracion del Ge-68: 271 days Periodo de semidesintegracion del Ga-68: 68 minutes Positrones: 1.90 Mev del Ga-68 (hijo) 89% abundancia Radiacion emitida Fotones: 0.51 Mev aniquilacion del positron 178% abundancia 1.08 Mev gamma

Fecha de calibración: 01/04/2010 12:00 Actividad (mCi): 49.9