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Temperature-dependent cation-exchange separation of terbium tracer from gadolinium using α-hydroxyisobutyric acid: relevance to 161Tb production

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि α-हाइड्रॉक्सीआइसोब्यूटिरिक एसिड के साथ धनायन-विनिमय क्रोमैटोग्राफी (cation-exchange chromatography) के दौरान कॉलम के तापमान को बढ़ाकर 70°C करने से बल्क गैडोलीनियम से टेरबियम के पृथक्करण दक्षता और रिकवरी में महत्वपूर्ण सुधार होता है, जो रिएक्टर-निर्मित टेरबियम-161 को शुद्ध करने के लिए एक आशाजनक विधि प्रदान करता है, हालांकि रिपोर्ट किए गए परिणाम आगे के सत्यापन के अधीन एकल-रन नाममात्र मानों (single-run nominal values) पर आधारित हैं।

मूल लेखक: Saadatu Bello, Ivan A. Ushakov, Lawal Zubairu, Kamal Babangida, Kabiru Hamzaa

प्रकाशित 2026-09-08

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Saadatu Bello, Ivan A. Ushakov, Lawal Zubairu, Kamal Babangida, Kabiru Hamzaa

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चिकित्सा की दुनिया में, डॉक्टर लगातार कैंसर का इलाज करने के तरीकों की खोज में रहते हैं जो शक्तिशाली और सटीक दोनों हों। एक आशाजनक दृष्टिकोण में रेडियोधर्मी पदार्थ के सूक्ष्म अंशों का उपयोग करना शामिल है, जिन्हें रेडियोन्यूक्लाइड कहा जाता है, जिन्हें ऐसे अणुओं से जोड़ा जा सकता है जो कैंसर कोशिकाओं को खोजते हैं। एक बार जब वे वहां पहुँच जाते हैं, तो ये रेडियोधर्मी परमाणु ऊर्जा छोड़ते हैं ताकि आसपास के स्वस्थ ऊतकों को बचाते हुए ट्यूमर को नष्ट किया जा सके। इस काम के लिए कई उम्मीदवारों में से, टेरबियम-161 नामक एक तत्व ने महत्वपूर्ण उत्साह पैदा किया है। यह विशेष है क्योंकि यह कणों का एक मिश्रण उत्सर्जित करता है: कुछ कम दूरी तय करके कैंसर कोशिकाओं को मारते हैं, जबकि अन्य ऐसे संकेत उत्पन्न करते हैं जिन्हें डॉक्टर कैमरे पर देख सकते हैं, जिससे उपचार की प्रगति को ट्रैक किया जा सके। हालाँकि, इस उपयोगी आइसोटोप को बनाना एक रासायनिक पहेली है। इसे एक अलग तत्व, गैडोलीनियम पर न्यूट्रॉनों की बमबारी करके एक परमाणु रिएक्टर के अंदर बनाया जाता है। समस्या यह है कि अंतिम उत्पाद मूल गैडोलीनियम की एक विशाल मात्रा के साथ मिश्रित होता है, और चूंकि ये दोनों तत्व रासायनिक रूप से 'कजिन' (सगे संबंधी) हैं, इसलिए उन्हें अलग करना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। यदि गैडोलीनियम को हटाया नहीं गया, तो अंतिम दवा प्रभावी होने के लिए बहुत कमजोर हो जाएगी।

रूस के टॉमस्क पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने गर्मी पर आधारित एक विधि का उपयोग करके इस पृथक्करण समस्या को हल करने का प्रयास किया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या एक रासायनिक कॉलम के तापमान को बदलने से टेरबियम को गैडोलीनियम से अधिक सफाई से अलग करने में मदद मिल सकती है। इसके लिए, उन्होंने वास्तविक चिकित्सा आइसोटोप टेरबियम-161 का उपयोग नहीं किया, जो एक रिएक्टर में उत्पादित होता है, बल्कि टेरबियम के एक सुरक्षित, रेडियोधर्मी ट्रेसर का उपयोग किया ताकि उसके व्यवहार की नकल की जा सके। उन्होंने इस ट्रेसर को गैडोलीनियम की एक बड़ी मात्रा के साथ मिलाया और घोल को एक विशेष रेजिन से भरे कॉलम में डाला, जो आयनों के लिए स्पंज की तरह कार्य करने वाली एक सामग्री है। फिर उन्होंने कॉलम को अल्फा-हाइड्रॉक्सीआइसोब्यूटिरिक एसिड नामक एक तरल से धोया, जो तत्वों को अलग-अलग गति से स्पंज के माध्यम से आगे बढ़ने में मदद करता है। टीम ने इस प्रक्रिया का तीन अलग-अलग तापमानों: 30, 50 और 70 डिग्री सेल्सियस पर परीक्षण किया, और यह देखने के लिए कि प्रत्येक तत्व कहाँ समाप्त हुआ, निकलने वाले तरल को सावधानीपूर्वक छोटे कपों में एकत्र किया।

परिणामों ने दिखाया कि तापमान ने तत्वों के पृथक्करण की प्रभावशीलता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। 30 डिग्री सेल्सियस के सबसे निचले तापमान पर, टेरबियम और गैडोलीनियम कॉलम से कुछ हद तक पास-पास निकले, और उनके पथ आपस में मिल रहे थे। इसका अर्थ था कि टेरबियम का अंतिम संग्रह अभी भी लगभग 2 प्रतिशत अनचाहे गैडोलीनियम से दूषित था। जैसे-जैसे शोधकर्ताओं ने तापमान बढ़ाकर 50 डिग्री किया, पृथक्करण में काफी सुधार हुआ। टेरबियम कॉलम के माध्यम से तेजी से आगे बढ़ा और गैडोलीनियम से काफी दूर रहा, जिससे संदूषण घटकर केवल 0.1 प्रतिशत रह गया। सर्वोत्तम प्रदर्शन 70 डिग्री सेल्सियस पर देखा गया। इस गर्म तापमान पर, टेरबियम एक सघन, केंद्रित समूह के रूप में बाहर आया, जबकि गैडोलीनियम को बहुत लंबे समय तक रोका गया, और वह एक बहुत बाद के बिंदु तक कॉलम में ही रहा। इसके परिणामस्वरूप 99 प्रतिशत टेरबियम की रिकवरी हुई और संदूषण भी 0.1 प्रतिशत ही रहा।

यह अध्ययन पुष्टि करता है कि कॉलम को गर्म करने से रासायनिक पृथक्करण प्रक्रिया अधिक कुशल हो जाती है, जिससे वांछित तत्व की अधिक शुद्ध फसल प्राप्त होती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि 70 डिग्री पर, टेरबियम को 40 और 65 मिलीलीटर के तरल आयतन के बीच एकत्र किया जा सकता था, जबकि गैडोलीनियम तब तक दिखाई नहीं दिया जब तक कि तरल का आयतन लगभग 95 मिलीलीटर तक नहीं पहुँच गया। दोनों तत्वों के बीच यह स्पष्ट अंतर ठीक वही है जो उच्च गुणवत्ता वाले चिकित्सा आइसोटोप का उत्पादन करने के लिए आवश्यक है। हालाँकि, लेखक सावधानी बरतते हुए उल्लेख करते हैं कि यह प्राकृतिक गैडोलीनियम और एक ट्रेसर का उपयोग करके किया गया एक प्रयोगशाला प्रयोग था, न कि वास्तविक चिकित्सा आइसोटोप टेरबियम-161 का उत्पादन। हालांकि रसायन विज्ञान बहुत आशाजनक दिखता है, टीम इस बात पर जोर देती है कि वास्तविक दुनिया के चिकित्सा उपयोग के लिए आवश्यक विशिष्ट समृद्ध सामग्रियों के साथ यह विधि बड़े पैमाने पर काम करती है या नहीं, इसे सिद्ध करने के लिए और अधिक कार्य की आवश्यकता है। फिलहाल, यह अध्ययन एक स्पष्ट, चरण-दर-चरण प्रदर्शन प्रदान करता है कि तापमान इन कठिन रासायनिक मिश्रणों को सुलझाने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है।

तकनीकी सारांश: टेरबियम के गैडोलीनियम से तापमान-निर्भर धनायन-विनिमय पृथक्करण (Cation-Exchange Separation)

समस्या विवरण
टेरबियम-161 ( $^{161}\text{Tb}$ ) लक्षित रेडियोन्यूक्लाइड थेरेपी के लिए एक आशाजनक रेडियोन्यूक्लाइड है क्योंकि यह चिकित्सीय बीटा कणों, लघु-दूरी के रूपांतरण/ऑगर इलेक्ट्रॉनों और इमेजिंग के लिए उपयुक्त गामा उत्सर्जन का उत्सर्जन करता है। इसकी प्राथमिक रिएक्टर-आधारित उत्पादन प्रक्रिया में $^{160}\text{Gd}(n,\gamma)^{161}\text{Gd} \rightarrow ^{161}\text{Tb}$ न्यूट्रॉन कैप्चर अभिक्रिया शामिल है। इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण चुनौती बल्क गैडोलीनियम लक्ष्य मैट्रिक्स से उत्पाद ( $^{161}\text{Tb}$ ) की सूक्ष्म मात्रा का कुशल पृथक्करण करना है। पड़ोसी त्रिसंयोजक लैंथेनाइड्स की रासायनिक समानता इस पृथक्करण को जटिल बनाती है, और गैडोलीनियम का अपर्याप्त निष्कासन अंतिम रेडियोफार्मास्युटिकल की विशिष्ट गतिविधि (specific activity) और रासायनिक उपयुक्तता से समझौता कर सकता है। हालांकि $\alpha$ -हाइड्रॉक्सीआइसोब्यूटरिक एसिड ( $\alpha$ -HIBA) का उपयोग करके धनायन-विनिमय क्रोमैटोग्राफी एक ज्ञात विधि है, लेकिन टेरबियम को गैडोलीनियम से अलग करने की दक्षता पर कॉलम तापमान के विशिष्ट प्रभाव को अनुकूलित करने के लिए और अधिक लक्षण वर्णन की आवश्यकता है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन में गैडोलीनियम से एक रेडियोधर्मी टेरबियम ट्रेसर के धनायन-विनिमय पृथक्करण पर कॉलम तापमान के प्रभाव की जांच की गई। प्रयोगात्मक सेटअप में निम्नलिखित का उपयोग किया गया:

रेज़िन (Resin): Dowex 50W-X8 स्ट्रॉन्ग-एसिड धनायन-विनिमय रेज़िन (अमोनियम रूप, 200–400 मेश)।
इल्यूएंट (Eluent): 0.3 M $\alpha$ -HIBA जिसे $\text{NH}_4\text{OH}$ के साथ pH 4.40 पर समायोजित किया गया।
लक्ष्य (Targets): IRT-T अनुसंधान रिएक्टर (थर्मल न्यूट्रॉन फ्लक्स $\approx 1.7 \times 10^{14} \text{ n cm}^{-2} \text{ s}^{-1}$ ) में विकिरणित प्राकृतिक गैडोलीनियम ऑक्साइड ( $\text{Gd}_2\text{O}_3$ ) बल्क मैट्रिक्स के रूप में उपयोग किया गया। एक अलग से विकिरणित प्राकृतिक टेरबियम ऑक्साइड ( $\text{Tb}_4\text{O}_7$ ) ट्रेसर को $^{161}\text{Tb}$ अंश के सरोगेट के रूप में उपयोग किया गया।
प्रक्रिया: विकिरणित सामग्रियों को हाइड्रोक्लोरिक एसिड में घोला गया। मॉडल समाधान जिनमें गैडोलीनियम मैट्रिक्स और टेरबियम ट्रेसर शामिल थे, उन्हें 20 सेमी के कॉलम पर लोड किया गया। एल्यूशन (Elution) तीन अलग-अलग तापमानों पर किया गया: 30°C, 50°C, और 70°C।
विश्लेषण: अंशों को 5 mL के अंतराल पर एकत्र किया गया और हाई-प्योरिटी जर्मेनियम (HPGe) गामा स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करके विश्लेषण किया गया। टेरबियम को 299 keV पीक ( $^{160}\text{Tb}$ ) के माध्यम से और गैडोलीनियम को 97 keV पीक ( $^{153}\text{Gd}$ ) के माध्यम से मापा गया।

मुख्य परिणाम
अध्ययन ने प्रदर्शित किया कि परीक्षण किए गए सभी तापमानों पर टेरबियम लगातार गैडोलीनियम से पहले एल्यूट हुआ। पृथक्करण प्रोफाइल और रिकवरी मेट्रिक्स तापमान-निर्भर थे:

30°C: टेरबियम और गैडोलीनियम के पीक में आंशिक ओवरलैप देखा गया। मुख्य टेरबियम एल्यूशन क्षेत्र 30–35 mL था, जबकि गैडोलीनियम 45–50 mL पर पीक पर था। नाममात्र टेरबियम रिकवरी 97% थी, जिसमें गैडोलीनियम संदूषण 2.0% था।
50°C: पृथक्करण में सुधार हुआ, जिसमें टेरबियम पीक 35–40 mL की ओर स्थानांतरित हुआ और गैडोलीनियम 55–65 mL की ओर। टेरबियम रिकवरी बढ़कर 98% हो गई, और गैडोलीनियम संदूषण घटकर 0.1% रह गया।
70°C: इस स्थिति ने सर्वोत्तम पृथक्करण प्रदान किया। टेरबियम मुख्य रूप से 40 और 65 mL के बीच वितरित था, जबकि गैडोलीनियम काफी लंबे समय तक बना रहा, जो लगभग 105 mL तक फैला हुआ था और मुख्य गतिविधि क्षेत्र लगभग 95 mL के आसपास था। टेरबियम रिकवरी 99% तक पहुँच गई, और गैडोलीनियम संदूषण 0.1% बना रहा।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र इस कार्य को प्रत्यक्ष उत्पादन सत्यापन के बजाय एक प्रयोगशाला-स्तर के प्रक्रिया-विकास प्रयोग के रूप में प्रस्तुत करता है। लेखक स्पष्ट रूप से कहते हैं कि प्राकृतिक गैडोलीनियम और टेरबियम ट्रेसर के उपयोग का अर्थ है कि यह अध्ययन पृथक्करण रसायन विज्ञान का मूल्यांकन करता है, लेकिन यह $^{161}\text{Tb}$ उत्पादन उपज, विशिष्ट गतिविधि, या रेडियोन्यूक्लाइड शुद्धता का प्रत्यक्ष माप प्रदान नहीं करता है।

इस अध्ययन का प्राथमिक महत्व Dowex 50W-X8/ $\alpha$ -HIBA सिस्टम के लिए 70°C को एक आशाजनक ऑपरेटिंग तापमान के रूप में पहचानना है, जो उच्चतम नाममात्र रिकवरी (99%) और न्यूनतम संदूषण (0.1%) प्रदान करता है। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि हालांकि परिणाम उत्साहजनक हैं, लेकिन नैदानिक अनुप्रयोग के लिए इस विधि को और अधिक सत्यापन की आवश्यकता है। इसमें समृद्ध $^{160}\text{Gd}$ के साथ परीक्षण करना, सांख्यिकीय महत्व स्थापित करने के लिए दोहराव वाले प्रयोग करना, पूर्ण डिटेक्टर अंशांकन (calibration) करना, तत्वों के अशुद्धियों को मात्रात्मक रूप से मापना (जैसे, ICP-MS के माध्यम से), और DOTA जैसे चेलेटर्स के साथ रेडियोलेबलिंग प्रदर्शन को सत्यापित करना शामिल है। यह अध्ययन भविष्य में $^{161}\text{Tb}$ उत्पादन के लिए स्वचालित हॉट-सेल प्रोसेसिंग में मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए एक वर्णनात्मक आधार के रूप में कार्य करता है।

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