بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
اثر تعمیرات و بهینه سازی تارگت FDG بر روی بازده تولیدرادیوداروی FDG
چکیده
رادیوایزوتوپ فلوئور-18 با استفاده از سیکلوترون1 طبق واکنش 18O(p,n) 18F تولید شده و به عنوان ماده اولیه تولید رادیوداروی فلوئوردیاکسیگلوکز(FDG) 2 شناخته شده است. از این رادیودارو جهت تصویربرداری با استفاده از روش PET در مغز و قلب و درمان تومورهای مغزی و قلبی استفاده می گردد. اهمیت تولید این رادیودارو و هزینههای بالای فرآیند مذکور سبب می گرد تا همواره متخصصین داروسازی هسته ای به دنبال میزان اکتیویته3 بالاتر از این رادیودارو باشند. در این پژوهش نتایج حاصل از اعمال مجموعه تعمیرات و بهینه سازیهایی از قبیل کاهش قطر دهانه کلیماتور4 ، افزایش قطر داخلی ویندوهولدر5 ،افزودن IceBox و آبکاری طلا ناحیه تارگت6، بر روی بازده تولید رادیودارو مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است، که نشاندهنده افزایش 2 تا 3 برابری بازده تولید رادیوداروی FDG میباشد.
کلمات کلیدی
رادیوایزوتوپ فلوئور-18، رادیو داروی FDG، کُلیماتور ، تارگت ، سیکلوترون
-1 مقدمه
با توجه به اینکه امروزه یکی از مهمترین زمینـههـای پیشـرفت علـوم در کشور ، در حوزه داروسازی هستهای می باشد، لذا بهینهسازی و افزایش میزان تولیدات نسبت به هزینهها قابل اهمیت میباشد . از جمله مهمترین تجهیزات تولید رادیودارو سیکلوترونها می باشد، کـه می تواند به ذرات باردار هستهای مانند: آلفا، دوترون، پروتون و... شتاب دهـد.
شتاب داده شده بوسیله مسیر حلزونی است که توسط یک میدان بسـیار قـوی مغناطیسی ایجاد می شود. این عمل در خلا انجـام مـیشـود تـا برخـورد ذره شتاب دار با هوا و یا گاز به حداقل برسد. هنگامی که انرژی ذره مورد نظر بـه حد کافی بالا برود (حدود 18 مگاالکترون ولـت) الکتـرون هـای ذرات توسـط فیلتر کربنی از آنها جدا میشود تا به پروتون ( یا در مواردی دوتـرون) تبـدیل شوند. هسته هدف پس از جذب پروتون ، رادیو اکتیو میشود که اصطلاحا آنرا "رادیوایزوتوپ"7 مینامند.
رادیودارو ترکیب رادیواکتیوی است که برای تشخیص و درمـان بیمـاری-های انسان بکار میرود. در پزشکی هستهای حدود 95 درصد رادیوداروها برای مقاصد تشخیصی بکار میروند و بقیه برای عملیات درمانی مورد استفاده قـرار میگیرند. رادیوداروها معمولاً دارای حداقل اثـر دارویـی هسـتند، چـرا کـه در بسیاری از حالات آنها در مقادیر جزئی بکار میروند. بسـیاری از حـالات آنهـا رادیوداروهـای درمــانی مــیتواننـد در مقــادیر جزئــی بکـار رونــد. ههمچنــین رادیوداروهای درمانی میتوانند توسط تابش موجب تخریـب بافـت شـوند. بـا توجه به این که این دارو داروها به انسان تزریق میشوند، باید استریل و عاری از تبزایی بوده و باید تحت شرایط کنترل کیفـی لازم هماننـد داروی عـادی باشند.[1]
-2 نحوه ی تولید رادیوایزوتوپ فلوئور-18 و رادیو دارویFDG
رادیوایزوتوپ فلوئور-18 با استفاده از سیکلوترون تولید شده و به عنـوان ماده اولیه تولید رادیوداروی »فلوئورو-2–داکسیدی گلوکز (FDG) « شناخته شده است. به منظور تولید رادیوایزوتوپ فلوئور-18، مقدار 1/6 میلیلیتر آب غنی شده (18O) توسط سیستم به منطقه تارگت منتقل می شود. دو ویندو که از جنس یکسان ولی در اندازههای مختلف می باشد، در جلوی آب غنی شده و بیم پروتونها قرار دارد. پس از برخورد پروتونها با ویندو گرما تولید میشود که بوسیلهی جریان گاز هلیوم در پشت تارگت، عمل خنکسازی صورت میپذیرد. از واکنشاکسیژن-18 با پروتون های شتاب دیده توسط سیکلوترون، فلوئور- 18 و نوترون بصورت فرم زیر تولید میگردد.
18O(p,n)18F
فلوئور-18 توسط سیستمی که بوسیلهی PLC هدایت می شود به قسمت هاتسِل آزمایشگاه FDG منتقل میشود. در این بخش فلوئـور 18- بـا مـواد H2O، Et2O، CH3CH، که هر یک به مقدار 10 میلیلیتر مـی باشـد و مـاده HCL2N به مقدار2/2 میلیلیتـر و 1/6 میلـیلیتـر تریفلیـت ، در راکتـورهـای شیمیایی شماره 1 و 2 واکنش می دهد. در واقـع دیاکسـیگلـوکز از طریـق واکنش جابجائی نوکلئوفیلیک یک قند اسـتیله نشـاندار شـده و بـه دنبـال آن هیدرولیز با فلوئور-18 نشاندار میگردد .
محلــــــــولی از –6-4-3-1»تتــــــــرا–5–اســــــــتیل-5–2– تـریفلـورومتــانسـولفونیل–D–B–منوپیرانـوز « در اســتونیتریل بـیآب بــه باقیمانده فلورید خشک (18 −) حاوی »آمینوپلیاتر« (کریپتـوفیکس - -2-2 (2 و »کربناتپتاسیم« افزوده میشود. مخلـوط تحـت رفلاکـس بـه مـدت 5 دقیقه گرم میشود. سپس محلـول از میـان یـک سـتون (C-18 )Sep–pak برای شستشوی کربوهیدراتهای استیلهشـده بـا »تتراهیـدروفوران(THF) « عبور داده میشود، که سپس توسط رفلاکس در اسـیدهیـدرکلریک در دمـای 130درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه هیدرولیز میگردد.[ ]
بهره تولید -2فلوئورو-2–داکسیدی گلـوکز (FDG) حـدود 60 درصـد بوده و مدتزمان تهیه تقریباً 50 دقیقه میباشد. محلول نهـائی بـا سـالین در pH برابر با 7 ، رقیق میگردد. ساختار مولکولی -2»فلوئـورو-2–داکسـیدی گلوکز« در شکل (1) نشان داده شده است.
رادیوداروی 2» -فلوئورو-2–داکسیدی گلوکز « دارای نیمـه عمـر109/7 دقیقه میباشد که طی واپاشی پوزیترون زا به حالت پایـدار مـیرسـد. از ایـن خاصیت ماده رادیواکتیو مذکور جهت تشخیص و درمان تومـورهـای مغـزی و قلبی استفاده میگردد. دو فوتون با انرژی 511(Kev) کیلو الکترونولت که از واکنش »نابودی«8 در جهت خلاف هم ایجاد می شود، سهم اصلی در تصـویر برداری را دارد. در جدول (1) اطلاعات مربوط به مهمترین تابشهای فلوئور-18 آورده شده است.
شکل((1 ساختار مولکولی-2فلوئورو-2–داکسیدی گلوکز[ ]
از انجا که مغز انرژی خود را از سوخت و ساز قند تامین مینماید. FDG یک کاندیدای خوب برای تصویربرداری متابولیک مغز میباشد. با عبور از »سدخونیمغزی«9 از خون به مغز عبور کرده و در سلولهای مغز سوختوساز مینماید که در آن FDG» هگزوکیناز« به »فسفات «FDG-6- تبدیل میگردد. از آنجا که FDG در این موقعیت فاقد گروه هیدروکسیل است، متابولیک اولیه آن، فسفات-FDG-6 یک »سوسبسترا« برای »پلیکولیز« نبوده و بیشتر متابولیز نمیشود. با توجه به بار منفی آن ، فسفات-FDG-6 به مدت چند ساعت در مغز به دام افتاده و لذا تصویربرداری مغز را به مراتب امکان پذیر میسازد.
-3 بررسی تعمیرات و بهینهسازی شرایط تارگتFDG
-1-3 کاهش اندازه قطر دهانه ی کلیماتور
مطابق شکل (2) یکی از مسائلی که موجب تلافات زیـادی در باریکـهی پروتونهای فرودی میشود، بزرگتر بودن قطر دهانهی کلیماتور (مـوازیسـاز) نسبت به قطر دهانهی تارگت است. بدین معنی که باریکهی پروتونها پس از عبور از دهانهی کلیماتور به قطر 16/5 mm، به سمت تارگت با دهانهی mm 12/9جریان مییابد، که این خود موجب اتلاف زیاد پروتونها، در اثر برخورد بـا جدارهها و همچنین موجب عدم پیداکردن جریان واقعی ایجاد شده در تارگـت می شود. محاسبات مربوط به این اتلافها در زیر آورده شده است.
-1 کاهش اندازه قطر دهانه ی کلیماتور -2 استفاده از تارگتی با دهانه و حجم بزرگتر
راهکار اول به جهت سهولت و عملی بودن آن برگزیـده شـد. قـرار دادن یکاُورینگ (شکل ( 3 به طول 20 mm، قطر داخلی 11 mm و قطر خـارجی 16/45 mm، دهانهی کلیماتور را باریکتر گردانید و قطر داخلی آن را به مقـدار 11 mm رساند. اینکار، از اتلاف شـدن پروتونهـا، در مسـیر بـین کلیمـاتور و تارگت، جلوگیری میکند و در این صورت میتوان جریان واقعی ایجاد شده در تارگت را قرائت نمود. نحوهی قرارگیری اورینگ در داخل کلیماتور در شکل((4 نشان داده شده است.
شکل((2 نحوهی قرارگیری اجزای مختلف و سایز دهانه هریک از آنها
نکته قابل توجه در این محاسبات یکنواخت گرفتن پرتو ورودی یا همان بیم10 پروتونها می باشد، که در غیر اینصورت بمنظور محاسبات دقیقتر باید محل قرار گرفتن لنز و نقطه کانونی آنرا در نظر گرفت. ملاحظه می گردد که جریان پروتونها برابر تغییرات بار نسبت به زمان می باشد:
چگالی پروتونها، A سطحمقطع عبور بیم پروتونها، سرعت پروتونها می باشد. از طرفی جریان برابرست با حاصلضرب شار در سطح مقطع.
:تعداد پروتونها
بدلیل اینکه توزیع را یکنواخت در نظر گرفته ایم:
پس نتیجه می شود که جریان به چگالی، مساحت سطح و سرعت بستگی دارد. همچنین با فرض ثابت بودن چگالی و سرعت داریم:
در صورتی که تنها مساحت تغییر کند :
