Mateusz Sitarz^(1,2,7), Katarzyna Szkliniarz⁽³⁾, Jerzy Jastrzębski⁽¹⁾, Aleksander Bilewicz⁽⁴⁾, Jarosław Choiński⁽¹⁾, Arnaud Guertin⁽⁸⁾, Férid Haddad^(7,8), Andrzej Jakubowski⁽¹⁾, Kamil Kapinos^(1,2), Maciej Kisieliński⁽¹⁾, Agnieszka Majkowska⁽⁴⁾, Etienne Nigron⁽⁸⁾, Malihe Rostampour^(4,5), Anna Stolarz⁽¹⁾, Agnieszka Trzcińska⁽¹⁾, Rafał Walczak⁽⁴⁾, Jolanta Wojtkowska⁽⁶⁾, Wiktor Zipper⁽³⁾

1) Heavy Ion Laboratory, University of Warsaw, 02-093 Warszawa, Poland

2) Faculty of Physics, University of Warsaw, 02-093 Warszawa, Poland

3) Institute of Physics, Department of Nuclear Physics and its Applications, University of Silesia, 40-007 Katowice, Poland

4) Institute of Nuclear Chemistry and Technology, 03-195 Warszawa, Poland

5) Department of Physics, Arak University, 38156 Arak, Iran

6) National Centre for Nuclear Research, 05-400 Otwock, Świerk, Poland

7) GIP ARRONAX, F-44817 Saint-Herblain cedex, France

8) Laboratoire SUBATECH, CNRS/IN2P3, IMT Atlantique, Université de Nantes, 44300 Nantes, France

We współczesnych badaniach z zakresu medycyny nuklearnej, coraz większy nacisk kładzie się na radioizotopy skandu. Wśród nich, ⁴³Sc może być wykorzystny do badań PET. Jego T_1/2= 3,89 h oraz E_max(β+) = 1.20 MeV, co czyni go bardziej atrakcyjnym z perspektywy obrazowania medycznego w porównaniu do powszechnie stosowanego izotopu ⁶⁸Ga. Kolejny izotop, ⁴⁴Sc (T_1/2 = 3,97 h) umożliwia badania diagnostyczne metodą trójfotonowego PET z użyciem linii gamma 1157 keV (100%), a jego stan izomeryczny, ^44mSc (T_1/2 = 58,6 h), może być wykorzystany jako generator in-vivo ^44mSc/⁴⁴Sc m.in. do śledzenia długotrwałych szlaków metabolicznych. Tymczasem izotop ⁴⁷Sc (T_1/2 = 3,35 d) emituje cząstki β- o średniej energii 162 keV, które mogą być wykorzystane w celach terapeutycznych. Ponadto, promieniowanie gamma 159 keV (68%) pochodzące z rozpadów ⁴⁷Sc może być wykorzystane w obrazowaniu SPECT.

Nasze badania obejmują produkcję medycznych radioizotopów skandu na drodze reakcji jądrowych indukowanych wiązkami cząstek nałądowanych dostępnymi z cyklotronów PETtrace (protony 16 MeV i deuterony 8 MeV) oraz U-200P (cząstki α 32 MeV) w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów. Eksperymenty z użyciem wiązki protonów o wyższych energiach prowadzimy w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku (cyklotron C30) oraz w ARRONAX w Saint-Herblain we Francji (cyklotron C70).

Tarcze, które są naświetlane podczas tych eksperymentów, mają zazwyczaj postać pastylki owiniętej w dodatkową folię aluminiową oraz folie monitorujące. Materiał stanowi naturalny lub wzbogacony izotopowo CaCO₃, KCl, TiO₂lub metaliczny Ca. Grubość tarcz oraz często stosowanych aluminiowych degraderów energii jest dobrana tak, aby zakres energii wiązki w tarczy odpowiadał pożądanemu zakresowi przekroju czynnego na badaną reakcję jądrową.

Pomiary charakterystycznego promieniowania gamma za pomocą detektorów germanowych pozwalają zidentyfikować radioizotopy powstałe podczas naświetlania tarczy oraz wyznaczyć ich aktywność. Następnie obliczana jest wydajność produkcji radioizotopu i jego zanieczyszczenia radioizotopowe, które są zależne od rodzaju i wzbogacenia materiału tarczowego oraz rodzaju i energii pocisku.

Zgodnie ze zmierzonymi przez nas wydajnościami produkcji, naświetlania w komercyjnie dostępnych cyklotronach pozwoliłyby uzyskać 30-150 GBq ⁴³Sc oraz 3-60 GBq ⁴⁴Sc (czyli kilkadziesiąt porcji dla pacjentów), a także ok. 1 GBq generatora ^44mSc/⁴⁴Sc. Zanieczyszczania radioizotopowe dla tych radioizotopów byłyby poniżej 1%. Podobne aktywności mogłyby być wyprodukowane w przypadku ⁴⁷Sc, ale poziom zanieczyszczeń radioizotopowych byłby na poziomie ok. 25%.