Ćwiczenia z adiochemii 2 Geneato 99 Mo/ 99m Tc. Okeślenie znaku i wielkości ładunku jonów technetu-99m wykozystywanych do otzymywania adiofamaceutyków 1. Wstęp Technet-99m jest adionuklidem najpowszechniej stosowanym w medycynie nukleanej do celów diagnostycznych. Jego właściwości jądowe: enegia pomieniowania gamma, E γ = 10 kev, mieszcząca się w optymalnym zakesie detekcji detektoów scyntylacyjnych NaI(Tl), i stosunkowo kótki okes połowicznego zaniku, T 1/2 = 6,0 h; czynią go niemal idealnym znacznikiem pomieniotwóczym dla techniki SPECT (single photon emission computeized tomogaphy) komputeowej tomogafii pojedynczego fotonu (ys. 1), a bogata chemia koodynacyjna technetu pozwala na otzymywanie licznych kompleksów 99m Tc adiofamaceutyków stosowanych do diagnostyki medycznej i pekusoów takich adiofamaceutyków [1,2]. Rys.1. Gamma kamea otacyjna, dwugłowicowa. Zakład Medycyny Nukleanej Waszawskiego Uniwesytetu Medycznego Łatwa dostępność i stosunkowo niski koszt adioznacznika 99m Tc stały się moŝliwe dzięki opacowaniu juŝ w latach 50. XX wieku t.zw. geneatoa 99 Mo/ 99m Tc (ys. 2), któy obecnie stanowi paktycznie jedyne źódło technetu-99m dla klinik medycyny nukleanej. Zasada działania geneatoa adionuklidów została omówiona w popzednim ćwiczeniu. Technet-99m powstaje w wyniku ozpadu β adionuklidu maciezystego molibdenu-99 (T 1/2 = 66 h). Geneatoy najbadziej ozpowszechnionych typów mają złoŝe uwodnionego tlenku glinu w postaci dobnych ganulek wypełniających szklaną kolumnę o śednicy ok. 1 cm i wysokości kilku do kilkunastu cm. Na kolumnę, osłoniętą dla bezpieczeństwa obsługi wastwą ołowiu, nanosi się małą ilość oztwou zawieającego do kilkudziesięciu GBq 99 Mo w fomie anionu molibdenianowego, któy w badzo małych stęŝeniach twale wiąŝe się chemicznie ze złoŝem. W wyniku ozpadu β adionuklidu 99 Mo w wastwie złoŝa tlenku glinu nagomadza się adionuklid pochodny w fomie anionu nadtechnecjanowego, 99m TcO. JuŜ po kilku 1
godzinach jon ten moŝe być wymyty z kolumny kilkoma ml obojętnego wodnego oztwou soli fizjologicznej (0,9% NaCl). Wydajność wymywania wynosi 70 80 %. Maciezysty adionuklid 99 Mo pozostaje na złoŝu kolumny i poces nagomadzania się adionuklidu 99m Tc ozpoczyna się od nowa. W celu pzygotowania adiofamaceutyku okeśloną ilość eluatu z geneatoa wstzykuje się do ampułki zawieającej zestaw stałych związków chemicznych (ang. kit ). Jedne z tych związków po ozpuszczeniu się w oztwoze powodują edukcję 99m TcO do technetu na niŝszym stopniu utlenienia, np. Tc(V), a inne składniki zestawu twozą z powstałą fomą technetu adiofamaceutyk diagnostyczny, gotowy do wstzyknięcia pacjentowi. Rys. 2. Budowa geneatoa adionuklidów: 1 kolumna geneatoa, 2 ołowiany pojemnik osłony, 3 eluent, eluat. Wg [3]; za zezwoleniem) Współczesne geneatoy komecyjne pozwalają uzyskać 99m Tc o badzo duŝych aktywnościach, pzekaczających 20 GBq na szaŝę, a aktywność właściwa 99 Mo w geneatoze powinna sięgać 50 GBq mg 1 []. MoŜliwość otzymywania adionuklidów w stęŝeniach znacznikowych (beznośnikowych lub n.c.a.), szczególnie waŝna dla medycyny nukleanej, jest dodatkową zaletą stosowania geneatoów. W wyniku ozpadu pomieniotwóczego maciezystego adionuklidu 99 Mo aktywność geneatoa stopniowo spada. Geneatoy 99 Mo/ 99m Tc uŝywane są w klinikach medycyny nukleanej zazwyczaj do dwóch tygodni od daty dostawy. Geneato uŝywany w niniejszym 2
ćwiczeniu jest staszy juŝ w znacznym stopniu wyczepany i nieuŝyteczny dla kliniki, ale ma jeszcze wystaczająco duŝą aktywność, by wykozystywać go do celów badawczych. W paktyce, kiedy adionuklid wymywamy z geneatoa wielokotnie, nie wyczekujemy do chwili osiągnięcia stanu ównowagi, lecz wymywamy go wcześniej lub znacznie wcześniej. Kieujemy się tu aktualnym zapotzebowaniem na ten adionuklid i musimy pamiętać, Ŝe intensywność pzyostu jego aktywności wykładniczo zmniejsza się w czasie. Wymywanie 99m Tc z geneatoa powtaza się zwykle co 2 h, tj. co cztey okesy połowicznego zaniku 99m Tc, kiedy to ilość nagomadzonego 99m Tc pzekacza 93% watości maksymalnej, ale juŝ po 6 h ilość ta wynosi 50%. 2. Cel ćwiczenia a) Wymycie z geneatoa 99 Mo/ 99m Tc kótkoŝyciowego adionuklidu technetu-99m i okeślenie jego fomy chemicznej, tj. znaku i wielkości ładunku jonu w oztwoze; b) Wykonanie postych doświadczeń fizykochemicznych z pepaatami pomieniotwóczymi. W wyniku samodzielnie wykonanego ćwiczenia student oswaja się z pacą laboatoyjną z otwatymi źódłami pomieniotwóczymi i pomiaem aktywności pomieniotwóczej, poznaje paktyczne zagadnienia dotyczące geneatoów adionuklidów (w tym najwaŝniejszego dla medycyny nukleanej geneatoa 99 Mo/ 99m Tc) i zapoznaje się z poblematyką wymiany jonowej jednej z podstawowych adiochemicznych metod ozdzielania adionuklidów w fomie jonów metali. Badzo mała ilość wykozystywanego w ćwiczeniu adionuklidu 99m Tc oaz kótki okes połowicznego ozpadu i niska enegia pomieniowania gamma tego adionuklidu powodują, Ŝe zagoŝenie wynikające z ewentualnego skaŝenia pomieniotwóczego jest niewielkie. 3. Zasada ćwiczenia Jony zawieające 99m Tc (jak się oczekuje, aniony 99m TcO ) w ozcieńczonym wodnym oztwoze HCl w kontakcie z dobnymi zianami Ŝywicy anionowymiennej (anionitu) w fomie Cl (R-Cl) ulegają pocesowi wymiany jonowej: K R Cl + TcO R TcO + Cl w wyniku któego część jonów 99m TcO sobuje się na Ŝywicy i początkowa aktywność właściwa oztwou zmniejsza się. Stan ównowagi pocesu zaleŝy od stęŝenia jonów Cl w oztwoze, a stała ównowagi pocesu, K, jest ówna (symbole a oznaczają aktywności temodynamiczne fomy chemicznej podanej w indeksie dolnym): a RTcOa Cl K = a a RCl Zastąpmy aktywności temodynamiczne fomy X iloczynami stęŝeń i współczynników aktywności: a X = f X [X] i załóŝmy, Ŝe współczynniki aktywności wszystkich fom 99m Tc (występujących w mikoilościach) są ówne jedności, a aktywność Ŝywicy R-Cl nie zmienia się w wyniku sopcji mikoilości jonu 99m TcO - i moŝe być włączona do watości stałej, któa pzybiea watość K. Wówczas: TcO 3
[R TcO ]f Cl K' = [TcO ] Oznaczmy watość stosunku stęŝeń jonu 99m TcO w Ŝywicy [R-TcO ] i w oztwoze [TcO ] jako współczynnik podziału K d. Watość K d jest funkcją stęŝenia i współczynnika aktywności jonu Cl w oztwoze: 1 K d = K'(f Cl[Cl ]) PoniewaŜ sopcja mikoilości anionu TcO paktycznie nie zmienia stęŝenia jonów Cl ani w jonicie, ani w oztwoze, pzyjmujemy, Ŝe te stęŝenia w stanie ównowagi są ówne stęŝeniom początkowym. Zakładamy, Ŝe w ozcieńczonych oztwoach HCl, któe stosujemy do naszych badań, watość f Cl- paktycznie się nie zmienia, moŝemy więc włączyć ją do stałej K. Wówczas po zlogaytmowaniu log K d = const log[cl ] JeŜeli jonowa foma 99m Tc w oztwoze sobuje się na anionicie zgodnie z zasadami wymiany jonowej, to moŝemy pzyjąć, Ŝe jest to anion zawieający 99m Tc. ZaleŜność współczynnika podziału anionu zawieającego 99m Tc od stęŝenia jonów Cl, a w ozcieńczonych oztwoach wodnych mocnego kwasu HCl - ównieŝ i od stęŝenia HCl, pozwala na wyznaczenie ładunku anionu. Gdyby ładunek anionu zawieającego 99m Tc był óŝny od 1 i wynosił n, to powyŝsze ównanie miałoby postać: log K d = const nlog[cl ] (1) Watości K d wyznaczamy ekspeymentalnie jako stosunek właściwych aktywności pomieniotwóczych 99m Tc w Ŝywicy i w oztwoze. PoniewaŜ jednak ziana Ŝywicy są zwilŝone oztwoem i pomia ich aktywności właściwych jest badzo tudny, watości K d wyznaczamy mieząc dla kaŝdego stęŝenia HCl óŝnicę aktywności właściwych oztwou: początkowej, A 0, i w stanie ównowagi wymiany jonowej, A, a właściwie A (0) po uwzględnieniu popawki na ozpad kótkoŝyciowego adionuklidu 99m Tc: K d ( A A (0)) [Cl ] 0 V = (2) A (0) m gdzie V oznacza objętość oztwou HCl (ml), a m masę jonitu (g). Odkładając tak wyznaczone watości logk d w funkcji log[hcl] powinniśmy otzymać linię postą, któej nachylenie jest ówne watości ładunku zawieającego 99m Tc. Niewielkie odchylenia tej watości od liczby całkowitej mogą świadczyć o niespełnieniu naszych załoŝeń o stałości współczynników aktywności jonu Cl w seii badanych oztwoów HCl.. Opis ćwiczenia instukcja dla studentów Pzed pzystąpieniem do ćwiczenia student musi wykazać się pzed opiekunem powadzącym ćwiczenie znajomością podstawowych zasad bezpieczeństwa pacy laboatoyjnej z otwatymi źódłami pomieniotwóczymi. Po dopuszczeniu pzez powadzącego ćwiczenie student otzymuje dostęp do pofesjonalnego geneatoa 99 Mo/ 99m Tc o niskiej aktywności pomieniotwóczej, juŝ długo uŝywanego w klinice i nadającego się tylko do celów demonstacyjnych, po czym moŝe pzystąpić do wykonania pac opisanych poniŝej. Wszystkie pace z pepaatami pomieniotwóczymi ćwiczący wykonuje w specjalnym stanowisku (wyciągu adiochemicznym) za osłoną z cegieł ołowianych, ubany w ochonny fatuch laboatoyjny z filmem dozymetycznym i jednoazowe gumowe ękawiczki chiugiczne.
Pzebieg ćwiczenia Gupa pięciu ćwiczących otzymuje od opiekuna powadzącego ćwiczenie wodne oztwoy HCl o stęŝeniach: 0,5; 0,7; 1,0, 1, i 2,0 mol dm 3 (kaŝdy inne) oaz pocje suchego anionitu Dowex 1x8 o uzianieniu 00 mesh w fomie Cl otzymane w wyniku wielokotnego pzemywania anionitu oztwoem HCl o takim stęŝeniu, jakie zostanie zastosowane w ekspeymencie. KaŜdy z ćwiczących odwaŝa na wadze analitycznej dwie odwaŝki anionitu (po około 30-0 mg; zapisuje te liczby!), a do dwóch plastikowych póbówek z kokiem dodaje po 5 ml otzymanego oztwou HCl. Powadzący ćwiczenie pobiea w obecności ćwiczących eluat z geneatoa 99 Mo/ 99m Tc i miezy jego aktywność właściwą. KaŜdy z ćwiczących dodaje do póbówek z oztwoem HCl okeśloną pzez opiekuna pocję (kilkadziesiąt µl) eluatu z geneatoa 99 Mo/ 99m Tc. Po dokładnym wymieszaniu oztwoów ćwiczący miezą w liczniku scyntylacyjnym NaI(Tl) 3 azy po 1 min. początkową aktywność 50 µl póbki kaŝdego oztwou, A 0 (Uwaga! NaleŜy pamiętać o odjęciu watości tła licznika!), notując dokładny czas t 0, w jakim zakończono pomia. Do kaŝdej z póbówek ćwiczący dosypują swoje odwaŝki anionitu i wytząsają te póbówki w specjalnym uządzeniu pzez kilkadziesiąt minut aŝ do chwili ustalenia się ównowagi jonowymiennej. Co 10 minut ćwiczący pzeywają wytząsanie, pobieają pipetą automatyczną po dwie 50 µl (lub 100 µl) pocje oztwou, zwacając uwagę, Ŝeby do pipety nie dostało się nawet najmniejsze ziano jonitu (w azie konieczności póbówki moŝna wcześniej odwiować w specjalnej wiówce) i miezą kilkakotnie ich aktywności właściwe w liczniku scyntylacyjnym NaI(Tl). Ćwiczący notują dokładny czas zakończenia pomiau, t, i zmiezoną śednią watość A pzeliczają według wzou A = A ( 0) e opisującego spadek aktywności w wyniku ozpadu pomieniotwóczego (λ = ln2/t 1/2 ). na watość A (0) odpowiadającą czasowi t 0 [5]. Następnie kozystając ze wzou (2) kaŝdy ćwiczący oblicza watość K d odpowiadającą okeślonemu stęŝeniu HCl w badanym pzez siebie oztwoze. Po ustaleniu się stanu ównowagi, kiedy miezona watość K d ustala się dla kaŝdego oztwou, ćwiczący twozą azem wspólny wykes okeślony wzoem (1), powadząc pzez punkty ekspeymentalne linię postą (metodą najmniejszych kwadatów) i okeślając watość nachylenia postej n. Ćwiczący omawiają uzyskany wynik, podając znak i wielkość ładunku jonu technetu i wyciągając wnioski dotyczące poczynionych wcześniej załoŝeń. λt Liteatua [1] A. G. Jones, Radiochim. Acta, 70/71 (1995) 289-297. [2] R. Albeto, U. Abam, in: Handbook of Nuclea Chemisty, A. Vétes, S. Nagy, Z. Klencsá (eds.), Kluwe Academic Publishes, Dodecht, 2003, Vol., pp. 211-256. [3] E. Ille, J. Thyn, Metody adioznacznikowe w paktyce pzemysłowej, WNT, Waszawa, 199. [] S. Mizadeh, L.F. Mausne, M.A. Galand, in: Handbook of Nuclea Chemisty, A. Vétes, S. Nagy, Z. Klencsá (eds.), Kluwe Academic Publishes, Dodecht, 2003, Vol., pp. 1-6. [5] W. Szymański, Chemia jądowa, Wyd. 2, PWN, Waszawa, 1996. 5