Optimization of 99mTc proton-induced production by means of cross-section measurements of technetium radioisotopes from molybdenum targets
Questo studio ottimizza la produzione tramite acceleratore del radionuclide medico Tc misurando le sezioni d'urto indotte da protoni su bersagli di molibdeno, identificando i protoni da 16 MeV e i bersagli di Mo arricchito da 0,5 mm come condizioni ideali per ottenere una resa di 1,7 GBq/A con purezza radionuclidica conforme agli standard della Farmacopea Europea.
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Nel mondo dell'imaging medico, esiste un singolo elemento radioattivo che funge da guida affidabile per i medici. Chiamato tecnezio-99m, questa sostanza è il cavallo di battaglia della medicina nucleare, utilizzata in milioni di scansioni ogni anno per aiutare a visualizzare il cuore, le ossa e gli organi all'interno del corpo umano. Il suo valore risiede in un equilibrio perfetto: emette un tipo specifico di energia che le telecamere possono rilevare facilmente, pur scomparendo dal corpo abbastanza rapidamente da mantenere bassa l'esposizione alle radiazioni per il paziente. Per decenni, questo strumento vitale è stato fornito da una fragile catena di eventi. Gli ospedali lo ricevono da "generatori", che sono essenzialmente batterie radioattive caricate da un elemento genitore chiamato molibdeno-99. Quel genitore viene creato scindendo atomi di uranio all'interno di massicci reattori nucleari. Tuttavia, questi reattori sono obsoleti e i frequenti guasti hanno creato una storia di carenze, lasciando gli ospedali senza le scansioni di cui hanno bisogno. Questa vulnerabilità ha spinto gli scienziati a cercare un modo diverso per produrre il medicinale, che non dipenda dai vecchi reattori o dalla scissione di atomi pesanti.
La soluzione che si sta esplorando prevede l'uso di acceleratori di particelle, specificamente ciclotroni medici, che sono macchine già presenti in molti ospedali per creare altri tipi di trattamenti oncologici. Invece di scindere atomi, queste macchine possono colpire un bersaglio fatto di una versione specifica di molibdeno con protoni per creare direttamente il tecnezio necessario. La sfida è stata trovare le impostazioni esatte per farlo in modo efficiente. Se l'energia è troppo bassa, non succede nulla; se è troppo alta, si creano sottoprodotti radioattivi indesiderati che potrebbero rendere il medicinale non sicuro per i pazienti. Un team di ricercatori della Svizzera e dell'Ucraina si è posto l'obiettivo di risolvere questo enigma misurando esattamente come diverse versioni di molibdeno reagiscono quando colpite da protoni di varie velocità. Non si sono affidati a supposizioni informatiche o a vecchi dati, che spesso erano in disaccordo tra loro. Invece, hanno costruito piccoli bersagli solidi di molibdeno, alcuni realizzati con la miscela naturale presente in natura e altri con versioni altamente purificate di isotopi specifici. Hanno sparato fasci di protoni contro questi bersagli all'interno di una struttura specializzata presso l'Università di Berna, controllando attentamente la velocità delle particelle e la durata dell'esposizione.
Dopo il bombardamento, i ricercatori hanno misurato la radiazione proveniente dai bersagli con estrema precisione. Hanno tracciato la creazione di tecnezio e dei suoi vari fratelli radioattivi, annotando esattamente quanto di ciascuno veniva prodotto a diversi livelli di energia. Questo processo era simile al sintonizzare una radio per trovare il segnale più chiaro minimizzando le interferenze; dovevano trovare l'energia specifica dei protoni che producesse la maggior quantità di tecnezio-99m utile creando la minima quantità di impurità indesiderate. Le loro misurazioni hanno rivelato che i dati precedenti nelle biblioteche scientifiche spesso sottostimavano o sovrastimavano il funzionamento di queste reazioni. Utilizzando un approccio matematico per separare i contributi di diversi materiali di partenza, hanno mappato il vero comportamento delle reazioni fino a un'energia di 18 milioni di elettronvolt. Hanno scoperto che la reazione funziona meglio quando il fascio di protoni viene rallentato leggermente prima di colpire il bersaglio, piuttosto che colpirlo alla velocità massima della macchina.
Lo studio ha identificato un "punto ottimale" per la produzione. Hanno determinato che l'utilizzo di un bersaglio fatto di molibdeno-100 altamente arricchito, con uno spessore di circa mezzo millimetro, e il bombardamento con protoni a un'energia di circa 16 MeV, offre i risultati migliori. In queste condizioni, una sessione di dieci ore su un ciclotrone medico può produrre circa 1,7 gigabecquerel del tecnezio utile per ogni microampere di corrente del fascio. Fondamentalmente, questa configurazione mantiene i livelli di impurità radioattive ben al di sotto dei rigorosi limiti di sicurezza stabiliti dalle autorità sanitarie europee. L'impurità più significativa, una versione a breve durata del tecnezio, svanisce rapidamente, mentre i contaminanti a vita più lunga rimangono a livelli trascurabili. Per dimostrare che le loro scoperte non fossero solo teoriche, il team ha eseguito sessioni di produzione reali utilizzando queste impostazioni ottimizzate. I risultati hanno corrisposto quasi perfettamente ai loro calcoli, confermando che questo metodo è affidabile e fattibile.
Questo lavoro fornisce una tabella di marcia chiara e testata affinché gli ospedali possano produrre la propria scorta di questo essenziale isotopo medico. Dimostra che, con l'attrezzatura giusta e le impostazioni precise, la fornitura globale di tecnezio-99m può essere resa più sicura e indipendente dalla rete dei vecchi reattori nucleari. I ricercatori hanno dimostrato che la strada da seguire non è un sogno lontano ma una realtà pratica, basata su dati concreti e verificata da test nel mondo reale. Definendo l'energia esatta e lo spessore del bersaglio necessari, hanno eliminato l'incertezza, permettendo ai centri medici di pianificare un futuro in cui questo strumento diagnostico salvavita sia sempre disponibile, indipendentemente dallo stato di centrali elettriche distanti.
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