Generatore di radionuclidi

L'uso generalizzato di radionuclidi a corta emivita è reso possibile dall'esistenza di generatori portatili, che ne permettono l'impiego anche a lunghe distanze dai luoghi di produzione, superando le limitazioni di tempo legate alle fasi di preparazione e controllo di qualità dei prodotti marcati, di trasporto e di immagazzinamento. Un generatore è un sistema che contiene un radionuclide "padre" ad emivita relativamente lunga che decade in un nuclide "figlio", anch'esso radioattivo, caratterizzato da una breve emivita ed utilizzabile immediatamente nella preparazione di radiofarmaci.

Il generatore maggiormente utilizzato in Medicina Nucleare è quello che si basa sulla coppia 99Mo/99mTc, realizzato su una colonna cromatografica a scambio ionico che prevede l'adsorbimento, da parte dell'allumina (Al2O3), del radionuclide "padre", 99Mo, sottoforma di anione molibdato (99MoO42-). La separazione del tecnezio in forma di ione pertecnetato, 99TcO4-, avviene facendo passare, attraverso la colonna, una soluzione salina di NaCl (eluente). Si gioca sulla diversa carica dei due anioni da separare: gli ioni cloruro scambiano con gli ioni pertecnetato, solubili in soluzione salina, ma non con quelli di molbdato che, essendo insolubile, rimane adsorbito sulla colonna; si ottiene così una soluzione (eluato) di pertecnetato sodico (Na99mTcO4) che viene raccolta dal fondo della colonna, pronta per l'utilizzazione.

Il pertecnetato può essere separato dal molibdato anche per estrazione, con metiletilchetone (MEK), da una soluzione acquosa contenente le due specie: il pertecnetato passa nella fase organica mentre il molibdato rimane nella fase acquosa (generatore a estrazione liquido-liquido).

Infine, per la separazione di 99mTc da 99Mo si può sfruttare il fatto che taluni composti del tecnezio sublimano a temperature molto più basse dei corrispondenti composti del molibdeno (generatore a sublimazione).[1]

In figura è mostrato lo schema della sezione di un tipico generatore di 99mTc, le cui dimensioni reali sono circa 30 x 15 x 15 cm:
Il meccanismo di funzionamento è relativamente semplice: il Molibdeno (numero atomico 32) e il Tecnezio (numero atomico 43) sono due elementi chimicamente differenti; è quindi possibile scegliere una resina "a scambio ionico" con caratteristiche tali da legare in modo indissolubile il Molibdeno, lasciando invece completamente libero il Tecnezio. Una colonnina sterile di tale resina è il "cuore" del generatore

99Mo 99 mTc

essa, dopo che è stato adsorbito il 99Mo, viene introdotta in un contenitore di piombo (in grigio, al centro del disegno) di spessore adeguato (alcuni cm) per frenare le radiazioni gamma emesse dal 99Mo, che sono di energia elevata (fino a 1 MeV). Il 99Mo decade, con una emivita di 67.7 ore, a 99mTc che a sua volta decade a 99Tc con un'emivita di 6 ore circa. Sulla colonnina, in mancanza di interventi esterni, sono quindi presenti, in equilibrio fra loro, sia il 99Mo (in rosso nel disegno) sia il 99mTc (in verde nel disegno).

La colonnina è collegata all'esterno da due tubicini che, partendo dalle due estremità della stessa, finiscono in altrettanti aghi fissati in due cavità poste sulla parte superiore del generatore. Per eluire il 99 mTc è sufficiente infilare uno dei 2 aghi in un flaconcino in vetro con tappo in gomma perforabile, contenente semplice soluzione fisiologica sterile (in celeste nel disegno); si infila quindi il secondo ago in un altro flaconcino, simile al primo ma "vuoto d'aria" (in bianco nel disegno), a sua volta inserito in un contenitore schermato (piombo o tungsteno). La depressione creata dal vuoto provoca lo svuotamento del flaconcino contenente la soluzione fisiologica che "lava" la colonnina di resina, asportandone il solo 99 mTc che, al termine dell'eluizione, è tutto contenuto nel secondo flaconcino, pronto per essere utilizzato per marcare i vari radiofarmaci (il 99Mo rimane intrappolato nella resina).

Subito dopo l'eluizione, la colonnina contiene quindi solo 99Mo; tuttavia, il decadimento continua e così inizia subito a formarsi nuovo 99mTc. Il processo di rigenerazione procede con andamento esponenziale e, in circa una emivita (6 ore), si rigenera il 50% del 99mTc, dopo 12 ore il 75% circa e dopo 18 ore il 90% circa. Dopo 4 emivite (24 ore) 99Mo e 99mTc raggiungono nuovamente l'equilibrio e il generatore è pronto per essere nuovamente eluito. Ovviamente, poichè nel frattempo il 99Mo è decaduto, non si otterrà più la stessa quantità di 99mTc del giorno prima, bensì circa il 70% rispetto ad essa. Il grafico seguente evidenzia l'andamento della concentrazione di 99Mo e 99mTc in un generatore, procedendo ad una eluizione al giorno, per una settimana.

La soluzione eluita, sterile e isotonica, può essere iniettata come tale (il pertecnetato è un radiofarmaco a tutti gli effetti e, pertanto, soggetto a periodici controlli di qualità) o impiegata per la sintesi di radiofarmaci (RF).[2]

Attualmente esistono due tipi di generatori: "a umido" o "a secco". Nei primi si presuppone che all'interno della colonna rimanga, tra un'eluizione e l'altra, una certa quantità di soluzione fisiologica, da cui il termine "a umido". Differentemente, nei "generatori a secco" si ha, ad eluizione avvenuta, un prosciugamento della colonna cromatografica.

La qualità del tecnezio ottenuto è legata al tipo di generatore impiegato e soprattutto alla scelta del metodo di produzione del 99Mo. Il 99Mo può essere infatti prodotto in un reattore per irraggiamento del molibdeno stabile con neutroni (attivazione) ma, più spesso, viene separato mediante comuni tecniche analitiche dai radionuclidi di altri elementi con i quali è mescolato nei prodotti di fissione dell'235U. Il Molibdeno di fissione è accompagnato da minori impurezze radionuclidiche e, rispetto a quello di attivazione che contiene anche 98Mo, è "carrier free", cioè è ottenuto ad elevatissima attività specifica. Ciò permette l'utilizzo di colonne di piccola dimensione, minori volumi di eluente ad elevate concentrazioni attive nell'eluato.

I generatori non sono sistemi particolarmente delicati, ma un uso improprio può comprometterne il rendimento in termini di attività esatta e può costituire la causa "lontana" di basse rese di marcatura.
La qualità della soluzione di pertecnetato è, infatti, strettamente correlata alla presenza, nell'eluato, di particolari specie chimiche, nonchè, alla variabilità di alcuni paramentri chimico-fisici quali:

Generatore

Fig.1 - Il primo generatore di Tc-99m.


Bibliografia

  1. torna su Associazione Italiana di Medicina Nucleare (AIMN), Linee Guida per la Preparazione ed il Controllo di Qualità dei Radiofarmaci, Pisa, 1996, pp.51.
  2. torna su http://www.unipd.it/nucmed/TF/TF.pharm.ita.html
  3. torna su Associazione Italiana di Medicina Nucleare (AIMN), Linee Guida per la Preparazione ed il Controllo di Qualità dei Radiofarmaci, Pisa, 1996, pp.51-54.
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