Alpha Strahler für die Therapie Hoffnung oder Traum? Forschungszentrum Karlsruhe Technik und Umwelt Alpha Strahler für die Therapie Hoffnung oder Traum? Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 1

Eigenschaften eines Wunschnuklids für die Ultrabrachytherapie Hohe Dosis auf möglichst engem Raum. Keine Strahlungsanteile mit hoher Reichweite. Entweder (quasi-)stabiles Tochternuklid oder extrem kurzlebige Folgeprodukte. Die Halbwertszeit soll einige Stunden bis zu wenigen Tagen betragen. Die „Chemie“ muss stimmen. Die wirtschaftlichen und technischen Randbedingungen müssen erfüllbar sein. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 2

Vergleich der Eignung von a- und b-Strahlern für die Therapie a-Strahlung: Hoher linearer Energie-übertrag (80-180 keV/µm). Reichweite etwa 50 µm im Gewebe. Aufgrund der hohen lienearen Energie-übetragung viel stärkere lokale Wirkung. b-Strahlung: Geringer linearer Energieübertrag (3-5 keV/µm). Reichweite wenige mm bis cm im Gewebe. Schwächere lokale Wirkung bei größerem Wirkungsbereich. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 3

Hohe Dosis auf möglichst engem Raum Wird von a-Strahlern theoretisch wesentlich besser erfüllt, als von ß-Strahlern, da im Idealfall auf Grund der geringeren Reichweite nur die Zielzelle oder eine direkt benachbarte Zelle ge(be-)troffen wird, dabei aber erheblich mehr Wechselwirkungen auftreten. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 4

Strahlungsanteile mit hoher Reichweite Sind praktisch nicht zu vermeiden. Diese Strahlungsanteile sollten aber so gering wie möglich sein, da sie nicht nur die „kranken“ Zielzellen, sondern auch eventuell gesundes Gewebe zerstören können. Daneben tragen sie auch zur allgemeinen Strahlenbelastung zum Beispiel des Pflegepersonals bei. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 5

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Tochternuklid Das Tochternuklid ist Idealerweise stabil. Sehr kurzlebige Nuklide, die ihrerseits auch die gewünschten Eigenschaften besitzen, sind ebenfalls akzeptabel. Tochternuklide, die aufgrund ihrer Halbwertszeit im Körper umhervagabundieren können, und dort zu zusätzlicher Strahlenbelastung beitragen, sind dagegen ein k.o. Kriterium. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 6

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Halbwertszeit Kann nicht pauschal bewertet werden. Der größte Teil des Zerfalls sollte in den Zielzellen stattfinden und nicht auf dem An- oder Abtransport. Hier spielt auch das Stoffwechselverhalten des Markers eine entscheidende Rolle. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 7

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Chemie Das Radionuklid muss (irgendwie) in eine chemische Form gebracht werden, die den schnellen selektiven Transport in die Zielbereiche ermöglicht. Dazu muss es durch schnelle einfache (automatisierbare) Reaktionen an ein Biomolekül angekoppelt oder in dieses integriert werden. Das markierte Biomolekül muss so stabil sein, dass es nicht während Transports zerfällt. Es dürfen keine toxischen Nebenprodukte entstehen, gegebenenfalls müssen diese vor der Anwendung abgetrennt werden. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 8

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum At-211 Halbwertszeit 7,22 h Nur geringer Anteil an g-Strahlung Herstellung erfolgt nach: Bi-209(a,2n)At-211 mit 28 MeV a-Teilchen Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 9

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Nuklideigenschaften Positiv: Halbwertszeit: 7,2 h Keine Probleme bei den Zerfallsprodukten Wenig g Strahlung Übersichtliche Chemie (Iodchemie) Negativ: Eingeschränkte Verfügbarkeit Herstellung nur mit Maschi-nen möglich, die a-Teilchen beschleunigen können Sehr schwache C-At Bindung Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 10

Herstellungsschritte für At-211 markierte Antikörper Bestrahlung (a-Teilchen mit 28 Mev) Verwendung eines internen Targets um hohen Strahlstrom und genaue Bestrahlungsenergie zu erreichen. Abtrennung vom Bi Targetmaterial Trockene Destillation bei der das flüchtige elementare Astat gewonnen wird. Markierung eines Kupplungsmoleküls Astatodestannylierung, analog zur Iododestannylierung. Bindung an den Antikörper Das Kupplungsmolekül koppelt selektiv an schwefelhaltige Proteinbereiche. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 11

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Ausblick At-211 Herstellung von At-211 markierten Antikörpern zur postoperativen Behandlung von Glioblastomen. Grundlegende Untersuchungen zur Dosimetrie und Strahlungstoxizität von At-211. Herstellung weiterer At-211 markierter Antikörper für andere Anwendungen. Entwicklung neuartiger Bindungsformen zur Stabilisierung von At-211 markierten Biomolekülen. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 12

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Bi-213 Bi-213 ist ein Generatornuklid das aus Ac-225 entsteht. Halbwertszeit Ac-225: 10,0 Tage Halbwertszeit Bi-213: 45,59 Minuten Der Ac-225 Bi-213 Generator wird in Zusammenarbeit mit dem europäischen Institut für Transurane entwickelt. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 13

Zerfallschema des Ac-225/Bi-213 Generators Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 14

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Herstellung aus Th-229 Es gibt weltweit nicht ausreichend sauberes Th-229 um den Bedarf zu decken. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 15

Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum Herstellung aus Ra-226 Kernreaktion: Ra-226(p,2n)Ac-225 Die Bestrahlung erfolgt mit 16 MeV Protonen, aber das Ra Target muss eingekapselt sein, da als Zerfallsprodukt Rn-222 entsteht daher sind 28 MeV erforderlich. Target selbst ist radioaktiv. Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 16

Zusammenfassung I a-Strahler Hoffnung? At-211 Bi-213 Strahlungsanteile mit hoher Reichweite Gering Vorhanden Tochternuklide Unproblematisch Problematisch (?) Halbwertszeit In Ordnung Zu (?) kurz Chemie Problematisch Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 17

Zusammenfassung II a-Strahler Traum? Gewünschte Eigenschaften: Element C, H, N, O, (P, S). Halbwertszeit Stunden bis Tage Stabiles Tochternuklid Keine Strahlungsanteile mit hoher Reichweite Gute Verfügbarkeit Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum 18