Sản xuất đồng vị 99mTc trên máy gia tốc phục vụ cho y học hạt nhân11:31:00 10/12/2019

Đồng vị phóng xạ 99mTc có vai trò vô cùng quan trọng, được ví như xương sống cho sự phát triển của lĩnh vực y học hạt nhân trên thế giới (Xem thêm nội dung bài Sản xuất đồng vị Tc-99m trên lò phản ứng phục vụ cho y học hạt nhân). Báo cáo thường niên của Cơ quan năng lượng hạt nhân (NEA) của Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế (OECD) từ năm 2010 đến nay vẫn xoay quanh vấn đề sản xuất 99Mo (đồng vị sinh ra 99mTc) dựa trên phân hạch nhiên liệu 235U trong lò phản ứng hạt nhân vì đây là phương pháp sản xuất, cung ứng 99Mo chính của thế giới. Điểm đáng lưu ý thường thấy trong các báo cáo này là đề cập đến xu thế nghiên cứu, phát triển công nghệ sản xuất 99mTc sử dụng máy gia tốc đã và đang được tiến hành ở một số nước phát triển. Phương pháp sản xuất 99mTc có thể được thực hiện trên các loại máy gia tốc khác nhau như máy gia tốc vòng (cyclotron), máy gia tốc tuyến tính (LINAC) và máy gia tốc hạt nhân nặng, cụ thể như sau:

 

Hình 1. Các phương pháp sản xuất 99Mo sử dụng máy gia tốc.

Các phương pháp sản xuất 99mTc sử dụng máy gia tốc

1) Các hạt proton được gia tốc trên cyclotron có mức năng lượng lớn, đập vào bia chứa đồng vị 100Mo, sinh ra 99mTc.

2) Các hạt proton được gia tốc trên cyclotron đến mức năng lượng lớn, bắn phá các hạt nhân của kim loại nặng (Pb, Ta, W, U...) sinh ra neutron (có mức năng lượng tương đương các neutron nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân), các neutron này được sử dụng để phân hạch 235U hoặc phản ứng với 98Mo để sinh ra 99Mo giống như quá trình sản xuất trong lò phản ứng hạt nhân.

3) Sử dụng máy LINAC gia tốc chùm điện tử đến đập vào bia hãm, quá trình này phát ra bức xạ tia X tới bắn phá bia chứa đồng vị 238U hoặc 100Mo để sinh ra 99Mo.

4) Các hạt Deuteri được gia tốc với năng lượng lớn đến đập vào bia carbon sinh ra neutron năng lượng cao, các neutron này tiếp tục bắn phá bia chứa đồng vị 100Mo để sinh ra 99Mo.

Trong các phương pháp sản xuất nêu trên, phương pháp thứ nhất có khả năng được phát triển, ứng dụng tại các cơ sở y học hạt nhân vì đây là phương pháp duy nhất có thể sản xuất được 99mTc một cách trực tiếp từ cyclotron (thường được đặt tại các cơ sở y tế), các phương pháp còn lại chỉ sản xuất ra sản phẩm cuối cùng là 99Mo lẫn trong các thanh nhiên liệu hoặc bia chiếu xạ nên vẫn đòi hỏi công đoạn chiết tách 99Mo để đưa vào bình sinh xạ (giống giai đoạn sau của sản xuất trên lò phản ứng) nên không thể thực hiện và sử dụng trực tiếp tại các cơ sở y tế; ngoài ra 100Mo không phải là đồng vị phóng xạ nên vận chuyển và lưu trữ dễ dàng.

Sản xuất 99Mo trên máy gia tốc không đòi hỏi đầu tư cơ sở hạ tầng lớn như việc xây dựng lò phản ứng nghiên cứu và quá trình sản xuất 99Mo trên máy gia tốc cũng không sản sinh ra nhiều loại chất thải phóng xạ nguy hại như quá trình vận hành lò phản ứng. Tuy nhiên, sản xuất 99mTc chỉ có thể thực hiện trên cyclotron có mức năng lượng trên 10MeV, hiệu quả cao hơn khi sử dụng cyclotron có mức năng lượng lớn hơn và thời gian chiếu xạ mẫu liên tục dài hơn. Việc sản xuất chỉ thực sự có hiệu quả nếu sử dụng cyclotron có mức năng lượng trên 20MeV với thời gian chiếu xạ 6 giờ liên tục.

Hình 2. Sản lượng 99mTc sản xuất trên cyclotron theo mức năng lượng và thời gian chiếu.

Lý thuyết về sản xuất 99mTc dựa trên máy gia tốc không phải là vấn đề mới được biết đến. Nghiên cứu sản xuất 99mTc trên cyclotron đã được tiến hành khoảng nửa thế kỷ trước với việc sản xuất thử nghiệm quy mô nhỏ từ năm 1971. Nhưng đến hiện nay, cách thức sản xuất chủ yếu của thế giới vẫn dựa trên việc sử dụng lò phản ứng nghiên cứu do còn nhiều hạn chế, khó khăn trong việc sản xuất trên máy gia tốc, bao gồm:

- Giới hạn về thiết bị: Tính đến cuối năm 2015, các cyclotron trên thế giới chủ yếu là loại nhỏ (dưới 20MeV) với khoảng 1050 thiết bị; số cyclotron mức năng lượng trung bình (20MeV-35MeV) có khoảng 100 thiết bị và khoảng 50 cyclotron mức năng lượng cao (trên 35MeV). Mục đích sử dụng của đa số các cyclotron này là phục vụ sản xuất đồng vị sống ngắn cho xạ hình PET/CT (nếu sử dụng sản xuất 99mTc thì lại không sản xuất được đồng vị cho xạ hình PET/CT) và một số cyclotron năng lượng cao phục vụ các kỹ thuật xạ trị proton, ion nặng.

- Quy mô sản xuất nhỏ lẻ: theo tính toán, một cyclotron 24MeV nếu hoạt động liên tục và hiệu quả có thể sản xuất được khoảng 3.120 Ci 99mTc/năm. Số này chỉ đáp ứng chưa đến 0,43% nhu cầu hiện nay của thế giới (khoảng 730.000 Ci/năm).

- Chất lượng sản phẩm: Hiện nay việc sản xuất, cung cấp bình sinh xạ do các công ty lớn đảm nhiệm, với phương pháp công nghệ sản xuất hoàn thiện, đảm bảo đạt chứng nhận GMP và chất lượng đồng đều trước khi đến nơi sử dụng. Tuy nhiên, 99mTC sản xuất tại chỗ trên cyclotron tại các cơ sở y tế chưa đảm bảo được chất lượng do phụ thuộc vào từng cơ sở, trang thiết bị cũng như trình độ của nhân viên kỹ thuật trong quá trình tách chiết thành phẩm. Phương pháp sản xuất vẫn đang được nghiên cứu, phát triển ở nhiều nước nên sẽ sớm được chuẩn hóa và hoàn thiện công nghệ.

 

Hình 3: Nghiên cứu trong khuôn khổ dự án CRP của IAEA: xạ hình SPECT toàn thân sử dụng đồng vị 99mTc sản xuất trên cyclotron 24MeV (trái) và sản xuất trên lò phản ứng hạt nhân cho thấy vẫn còn khác biệt về chất lượng đồng vị sản xuất giữa 2 công nghệ.

-  Hiệu quả kinh tế: Chi phí sản xuất 99mTc trên cyclotron hiện cao gấp 3-10 lần so với 99mTc sản xuất theo cách truyền thống nên chưa có khả năng cạnh tranh trên thị trường thương mại.

Tuy khả năng thương mại hóa trên quy mô công nghiệp ở thời điểm hiện nay là chưa khả thi song nghiên cứu sản xuất 99mTc/99Mo sử dụng máy gia tốc đang trở thành xu hướng nghiên cứu ở nhiều nước phát triển. Chính phủ Canada hiện có chương trình tăng tốc công nghệ đồng vị (ITAP) để thúc đẩy nghiên cứu và phát triển sản xuất đồng vị không dựa vào lò phản ứng, đặc biệt thông qua Chương trình đồng vị y tế (MIP). Công ty Canada Light Source Inc (CLS) đang sử dụng một máy gia tốc tia X để bắn phá các mục tiêu 100Mo và đã sản xuất được một số lượng 99Mo cho MIP. Công ty NorthStar dự định sản xuất 99Mo từ 100Mo trên máy gia tốc và trong tháng 01/2017 đã được giải ngân 11 triệu đô la từ Cơ quan Quản lý An ninh hạt nhân Quốc gia (NNSA) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) cho dự án (dự án có tổng trị giá 50 triệu đô la do mỗi bên đóng góp 50%). IAEA cũng khởi xướng Dự án hợp tác nghiên cứu (CRP) với sự tham gia của 15 nước thành viên (Armenia, Brazil, Canada, Đức, Hungary, Ấn Độ, Ý, Nhật Bản, Malaysia, Ba Lan, Hàn Quốc, Saudi Arabia, Syria, Thổ Nhĩ Kỳ và Mỹ) và 12 viện nghiên cứu trên toàn thế giới về sản xuất 99Mo/99mTc dựa trên máy gia tốc nhằm mục tiêu thúc đẩy năng lực sản xuất trực tiếp 99mTc cho chẩn đoán y học hạt nhân của các quốc gia thành viên (dự án đã kết thúc thành công vào tháng 3/2016).

Lĩnh vực y học hạt nhân Việt Nam trong những năm gần đây có sự phát triển nhanh chóng với khoảng trên 40 cơ sở đang hoạt động và nhiều cơ sở khác đang hoặc đã có kế hoạch xây dựng. Việt Nam là một trong những nước dẫn đầu khu vực về số lượng các thiết bị y học hạt nhân hiện đại. Nước ta hiện có khoảng 50 SPECT, SPECT/CT và 12 PET/CT đang hoạt động phục vụ nhu cầu chẩn đoán, điều trị bệnh của người dân, đặc biệt là các bệnh về ung thư. Việt Nam hiện có 5 trung tâm cyclotron (1 cyclotron 30MeV, 4 cyclotron 9-13MeV) và 2 trung tâm đang xây dựng, trong đó có 4 cyclotron đang trực tiếp sản xuất, cung cấp đồng vị phóng xạ 18F cho xạ hình PET/CT cho các cơ sở y học hạt nhân trên cả nước. Xạ hình SPECT, SPECT/CT vẫn sử dụng chủ yếu 99mTC nhập khẩu từ nước ngoài và một phần từ Viện Nghiên cứu hạt nhân (Đà Lạt). Tổng lượng 99mTc sử dụng của Việt Nam khoảng 190Ci/năm (số liệu thống kê năm 2015 của Cục Năng lượng nguyên tử). Hiện nay, công nghệ sản xuất đồng vị phóng xạ sử dụng máy gia tốc hiện đang nhận được sự quan tâm của IAEA và nhiều nước trên thế giới. Theo đánh giá của NEA, việc sản xuất 99mTc trên máy gia tốc hy vọng sẽ được thương mại hóa vào khoảng năm 2030. Xu hướng kết hợp sản xuất cả dược chất phóng xạ đời sống ngắn cho xạ hình PET/CT và 99mTc cho xạ hình SPECT, SPECT/CT là xu hướng phát triển của các trung tâm y học hạt nhân tại các nước phát triển. Việt Nam cũng cần theo dõi, nắm bắt xu hướng nghiên cứu các công nghệ sản xuất đồng vị phóng xạ y học hạt nhân sử dụng máy gia tốc để tổ chức nghiên cứu, đưa vào quy hoạch phát triển ứng dụng năng lượng nguyên tử, kế hoạch phát triển lĩnh vực y học hạt nhân cho các giai đoạn sắp tới.

Trung tâm Thông tin và Tư vấn hạt nhân, Cục Năng lượng nguyên tử

 

Tài liệu tham khảo

  1. Cyclotron based production of Technetium-99m, IAEA Radioisotopes and Radiopharmaceuticals reports No.2, IAEA, 2017;
  2. The Supply of Medical Radioisotopes, NEA/SEN/HLGMR, 2010, 2013, 2017, 2018;
  3. http://www.benhvien103.vn/vietnamese/bai-giang-chuyen-nganh/y-hoc-hat-nhan/ghi-hinh-phong-xa-khoi-u/843/
  4. http://www.benhvien103.vn/vietnamese/bai-giang-chuyen-nganh/y-hoc-hat-nhan/dong-vi-phong-xa---duoc-chat-phong-xa--trong-mot-so-ung-dung-lam-sang/787/
Google translate
Liên kết
  • Bộ Khoa học và Công nghệ
    Bộ Khoa học và Công nghệ
Thư viện ảnh
Đối tác
Media
Thống kê truy cập