КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-63-00006
НазваниеРадиационно-безопасный двухконтурный генератор радионуклидов для ядерной медицины: новые методы, материалы, конструкции
РуководительСмирнов Игорь Валентинович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2027 г. |
Конкурс№93 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты).
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-204 - Радиохимия
Ключевые словарадиофармпрепарат, ядерная медицина, Sr-90, Y-90, мембраны, природные неорганические сорбенты, карбонатные среды, электрохимическая очистка, генератор радионуклидов
Код ГРНТИ31.15.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Онкологические заболевания стоят на втором месте по распространенности и ежегодно уносят жизнь каждого шестого жителя планеты. Для ранней диагностики и лечения злокачественных опухолей с успехом используются радиофармпрепараты (РФП), способные селективно воздействовать на очаг пролиферации с минимальным ущербом для окружающих тканей. Россия, обладая передовыми технологиями получения и очистки радионуклидов, до сих пор недостаточно использует возможности ядерной медицины. В последние годы достигнуты определенные успехи в области онкодиагностики методом позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), однако применение радионуклидов в радиотерапевтическом лечении крайне ограничено. Существенный прогресс, по нашему мнению, может быть достигнут за счет использования для радиотерапии РФП на основе иттрия-90 - единственного медицинского радионуклида, для получения которого не нужны ни реактор, ни циклотрон. Источник иттрия-90 – стронций-90 – образуется при переработке ОЯТ АЭС.
Высокий потенциал РФП на основе иттрия-90 обусловлен его уникальными свойствами: высокая энергия бета-частиц , делает его пригодным для облучения больших опухолей, а склонность к образованию комплексных соединений позволяет получать широкий спектр РФП. Комбинация иттрия-90 с ПЭТ изотопом иттрием-86 является идеальной парой радионуклидов для тераностики, позволяющей совместить диагностические и терапевтические процедуры.
Препятствием для масштабного применения этого эффективного и доступного радионуклида в ядерной медицине являются недостаточно эффективные и безопасные методы отделения иттрия-90 от материнского стронция-90 и отсутствие безопасного, простого и надежного в эксплуатации генератора иттрия-90.
Целью нашего проекта является создание радиационно-безопасного двухконтурного генератора для получения высокочистого трихлорида иттрия-90 без носителя, который используется при паллиативном лечении метастазов в костях и является исходной фармсубстанцией для получения РФП для радиотерапии онкологических заболеваний.
Научная идея проекта связана с использованием карбонатных сред для отделения медицинского радионуклида иттрия-90 от материнского стронция-90. Карбонатные среды, в отличие от традиционных азотнокислых, позволяют создать генератор, в котором материнский стронций-90 надежно зафиксирован в твердой матрице, что существенно повышает радиационную безопасность.
Для достижения цели проекта будут проведены научные исследования и созданы новые радиохимические методы выделения и очистки радионуклидов в карбонатных средах, разработаны новые материалы, обеспечивающие техническую реализуемость радиохимических методов, сконструировано и изготовлено оборудование, которое обеспечит безопасное, эффективное и экономичное производство медицинских радионуклидов.
В разрабатываемом генераторе стронций-90 будет надежно зафиксирован в неорганической матрице, из которой иттрий-90 вымывается карбонатным раствором, направляемым затем на мембранное выделение и концентрирование иттрия-90 с последующей его электрохимической очисткой. Использование неорганической матрицы для стронция-90 и его локализация в первом контуре генератора существенно повышает радиационную безопасность процесса.
В проекте планируется разработать научные основы комплекса радиохимических процессов, материалов и оборудования, необходимых для их осуществления:
- селективная десорбция иттрия-90 карбонатными растворами из неорганической матрицы, содержащей материнский радионуклид стронций-90;
- селективное выделение иттрия-90 из карбонатного раствора на мембране с переводом радионуклида в катионную форму;
- электрохимическое осаждение иттрия-90 на инертном электроде с последующим растворением осадка в водной среде, пригодной для синтеза РФП.
Объединение усилий ученых, технологов, материаловедов и инженеров-конструкторов гарантирует создание востребованного конечного продукта - в нашем случае генератора иттрия-90 для радиофармацевтики.
Ожидаемые результаты
В рамках проекта будут созданы научные основы новых методов разделения радионуклидов в карбонатных средах, получены новые композитные и неорганические материалы и разработана конструкция генератора радионуклидов. В проекте планируется использование карбонатных сред для разделения радионуклидов – это новое направление в радиохимии и, в первую очередь, нами будут проведены фундаментальные исследования состояния и свойств РЗЭ в карбонатных средах. Будут получены данные по карбонатному выщелачиванию иттрия из стронций-содержащих матриц, по его сорбции, мембранному переносу и электрохимическому поведению в карбонатных средах. На основании полученных фундаментальных научных результатов будут разработаны прикладные процессы:
Новые методы:
- селективное карбонатное выщелачивание иттрия-90 из матрицы с иммобилизованным материнским изотопом стронций-90;
- селективное выделение иттрия-90 из карбонатного раствора на мембране с переводом радионуклида в катионную форму;
- электрохимическое осаждение иттрия-90 на инертном электроде с последующим растворением осадка в водной среде, пригодной для получения РФП.
В карбонатных средах иттрий существует как в катионных, так и в анионных формах карбонатных и гидрокси-карбонатных комплексов, чем принципиально отличается от стронция, для которого характерны катионные формы. Из карбонатных матриц иттрий-90 легко выщелачивается в отличии от стронция. В литературе нет данных о сорбентах, извлекающих иттрий из карбонатных сред, поэтому будут получены данные по сорбции иттрия на коммерческих сорбентах и установлены функциональные группы и структурные элементы, взаимодействующих с иттрием.
Электрохимическое осаждение иттрия из слабокислых сред не представляет сложностей, также, как и последующее анодное растворение иттриевого осадка. Но нет данных по электрохимическому выделению иттрия из карбонатных сред – эти данные будут получены в результате наших исследований. При разработке этих радиохимических процессов будут получены данные о поведение примесных радионуклидов, остающихся в 90Sr при его выделении из ОЯТ (особенно альфа-излучающих), и стабильных примесных металлов, содержание которых в РФП строго нормируется.
Материалы:
- органические, композитные и неорганические мембраны, селективные к иттрию-90 в карбонатных средах;
- неорганические сорбенты, селективные к иттрию-90 в карбонатных средах;
- инертный электрод для электрохимического осаждения иттрия-90 и последующего растворения осадка в разбавленной кислоте.
Экстрагенты, селективные к иттрию-90 в карбонатных средах, могут быть иммобилизованы (импрегнированы) в мембрану на полимерной или неорганической основе. Но такая мембрана не будет обладать достаточной радиационной устойчивостью и может загрязнять иттрий-90 органическими примесями, недопустимыми в РФП. Более перспективным представляется разработка селективных неорганических мембран. Поиск неорганических сорбентов и мембран, селективных к иттрию-90 в карбонатных средах, планируется проводить среди природных минералов.
Жесткие требования предъявляются содержанию стабильных металлов в РФП в связи с этим будут получены данные по свойствам электродных материалов для электрохимического выделения иттрия-90.
Конструкция:
В создаваемом нами генераторе материнский радионуклид стронций-90 входит в состав твердой матрицы и прочно удерживается там. Дочерний иттрий-90 смывается с матрицы раствором карбоната щелочного металла и направляется на выделение иттрия в ячейку с иттрий-селективной мембраной. С противоположной стороны мембраны циркулирует кислый принимающий раствор, в котором иттрий-90 концентрируется. Карбонатный раствор после выделения из него итттрия-90 в мембранной ячейке снова направляется на десорбцию иттрия с матрицы содержащей стронций-90. Таким образом, весь находящийся в генераторе стронций-90 надежно локализован в защитной оболочке первого контура генератора. Во втором контуре генератора находится электрохимическая ячейка, в которой проводится дополнительная очистка иттрия-90 с получением высокочистого трихлорида иттрия-90 без носителя - фармсубстанции для получения радиофармпрепаратов, используемых при лечении онкологических заболеваний.
Поиск неорганических сорбентов и мембран, селективных к иттрию-90 в карбонатных средах, планируется проводить среди природных минералов совместно с партнером из Кольского научного центра РАН, ученые которого имеют огромный опыт исследования и использования уникальных минеральных ресурсов Кольского полуострова.
В рамках НИР по теме «Поиск и исследование минералов – природных сорбентов редкоземельных элементов и стронция» будет проведен поиск и исследование минералов, которые могут использоваться в качестве доступных и экологически безопасных природных сорбентов, и мембран в составе радионуклидного генератора.
Ожидаемые результаты:
На основании анализ доступной научно-технической информации будут выбраны перспективные минералы для исследований; собраны, охарактеризованы и исследованы образцы перспективных минералов; получены данные по выщелачивание химических компонентов минералов в кислых и карбонатных средах; приготовить образцы неорганических мембран из минералов, сорбирующих иттрий в карбонатных средах и десорбирующих в слабокислых, проведен оценочный расчет затрат на организацию лабораторного производства до 1 кг. в год сорбентов или мембран из перспективных отечественных минералов.
Для конструирования и изготовления макетов основных узлов и опытного образца генератора привлекаются инженеры и конструкторы из партнерской организации – Озерского технологического института - филиала НИЯУ МИФИ, имеющие большой опыт выполнения работ для ПО «Маяк». В рамках НИР по теме «Разработка конструкции основных узлов, изготовление и испытание макета двухконтурного генератора высокочистого иттрия-90 для радиофармацевтики» будет разработаны конструкции основных узлов, изготовлен и испытан макет двухконтурного генератора радионуклидов.
Ожидаемые результаты:
На основание анализа научно-технической и патентной информации будут выбраны прототип конструкции генераторов радионуклидов и его основных узлов; разработана блок-схема генератора и его основных узлов, определены технические и функциональные характеристики генератора и рассчитан материальный баланс; разработаны конструкции генератора и его основных узлов, изготовлены их макеты и проведены испытания; по результатам испытаний разработана РКД на опытный образец генератора; изготовлен опытный образец генератора и продемонстрирована его работоспособность.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ