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Eye catcher

Zyklotron-produzierte Radiometalle

Projekte und Ziele

Regelmäßig hergestellte metallische Radionuklide für die radiopharmazeutische Krebsforschung (Theranostik)

 

Cu-64 und Hg-197(m)

 

Kupfer-64 wird wöchentlich durch Protonenbestrahlung von angereichertem Ni-64 durch die Kernreaktion 64Ni(p,n)64Cu gewonnen [3]. Hg-197(m) wird monatlich oder zweimal im Monat durch die Bestrahlung von natürlichem Gold mittels der Reaktion 197Au(p,n)197(m)Hg hergestellt [1]. In Kooperation mit dem Institut für Kernphysik der Akademie der Wissenschaften der Tschechische Republik in Řež kann Hg-197(m) auch unter Nutzung der 197Au(d,2n)197(m)Hg Reaktion erzeugt werden. Unter bestimmten Bedingungen kann die Herstellung beider Radionuklide sogar simultan erfolgen, d. h. während der Bestrahlung nur eines Targets, welches sowohl Gold als auch abgeschiedenes Nickel enthält.

Die wesentlichen Herausforderungen bei der Herstellung von Cu-64 und Hg-197(m) unterscheiden sich allerdings stark: Das häufig vorkommende Kupfer macht die Herstellung des Cu-64 mit hoher spezifischer Aktivität sehr anspruchsvoll. Geräte und Chemikalien müssen aufwendig möglichst „kupferfrei“ gemacht oder beschafft werden. Das sehr teure angereicherte Ni-64 muss effizient für die wiederholte Verwendung recycelt und jeweils erneut elektrolytisch abgeschieden werden.

Bei Hg-197(m) ist die hohe spezifische Aktivität durch die deutlich geringere Häufigkeit von Quecksilber leichter realisierbar, jedoch auch von weitaus höherer Bedeutung, um die Verwendung in Konzentrationsbereichen weit unter der Grenze zur giftigen Wirkung von Quecksilber zu ermöglichen. Natürliches Gold als Reinelement ist als Ausgangsmaterial gegenüber angereichertem Ni-64 vergleichsweise preiswert und muss daher nicht zwingend zu diesem Zweck wiederverwendet werden. Die im Vergleich geringere Ausbeute der Kernreaktion stellt jedoch hohe Anforderungen sowohl an Effizienz bei der Radionuklidherstellung/Trennung als auch bei nachfolgenden Radiomarkierungsreaktionen. Die im Vergleich zu anderen metallischen Radionukliden hohe Flüchtigkeit und die im Allgemeinen geringe Wasserlöslichkeit von organischen Quecksilberverbindungen stellen ebenfalls spezielle Anforderungen im Umgang dar. Weiterhin macht das Vorliegen zweier Kernisomere mit unterschiedlichen Eigenschaften die einfache Aktivitätsbestimmung per „Aktivimeter“ schwierig. Bei erfolgreicher Lösung aller Probleme ist Hg-197(m) ein sehr vielversprechendes Radionuklid für die theranostische Anwendung. Gemeinsam ist beiden Radionukliden, dass sie mit einem Anteil an Gammastrahlung sowohl für die Bildgebung (Links zur NUDAT Datenbank: Cu-64 und Hg-197(m)) als auch durch Partikelstrahlung für die therapeutische Nutzung (Bilder 3 und 4) interessant sind.

 

Ni-Target (links) und Au-Target (rechts) 

Dosisverteilung in wässrigem Medium von Cu-64 and Cu-67 [5]

 

Dosisverteilung der beiden Kernisomere Hg-197 und Hg-197m gemeinsam und einzeln sowie im Vergleich mit dem therapeutisch genutzten Betastrahler Lu-177 und dem für die SPECT-Bildgebung genutzten In-111 [6]

 

Weitere bei Bedarf hergestellte metallische Radionuklide zur Bildgebung

Cu-61, Y-86, Zr-89 [2,4]

 

Cu-61 ist als kurzlebiger Positronenstrahler (t1/2 = 3,3 h) ein alternatives Kupferisotop zu Cu-64 und ist sehr gut für die Bildgebung schnell ablaufender Prozesse geeignet (ähnlich wie Fluor-18). Der Positronen- und Gammastrahler Y-86 ermöglicht die vorbereitende Bildgebung und Dosisbestimmung zur Therapie mit Y-90-Konjugaten aufgrund seiner langen Halbwertzeit (t1/2 = 78,4 h). Dieser Straler ist damit perfekt für die Radiomarkierung von Antikörperkonjugaten mit langen biologischen Halbwertzeiten geeignet.

 

 

Literatur

[1] M. Walther, S. Preusche, S. Bartel, G. Wunderlich, R. Freudenberg, J. Steinbach, H.-J. Pietzsch. Appl. Radiat. Isot. 2015, 97, 177

[2] S. Thieme, M. Walther, S. Preusche, J. Rajander, H.-J. Pietzsch, J.-O. Lill, M. Kaden, O. Solin, J. Steinbach. Appl. Radiat. Isot. 2013, 72, 169

[3] S. Thieme, M. Walther, H.-J. Pietzsch, J. Henniger, S. Preusche, P. Mäding, J. Steinbach. Appl. Radiat. Isot. 2012, 70, 602

[4] M. Walther, P. Gebhardt, P. Grosse-Gehling, L. Würbach, I. Irmler, S. Preusche, M. Khalid, T. Opfermann, T. Kamradt, J. Steinbach, H.-P. Saluz. Appl. Radiat. Isot. 2011, 69, 852

[5] Interner Bericht von T. Kormoll, AG Strahlungsphysik, Institut für Kern- und Teilchenphysik, TU Dresden

[6] Berechnung und Darstellung von R. Freudenberg, Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus an der TU Dresden

 

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Gruppenmitglieder

Dr. Martin Walther (Gruppenleiter)

Ian Moore Gilpin (Doktorand)

Thomas Wünsche (Master-Student)

Chao Wang (Doktorand)

Ulrike Gesche (technische Assistentin)

Christian Jentschel (technischer Assistent)


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