Senza una diagnostica accurata, è difficile parlare di un trattamento efficace dei pazienti, soprattutto nel caso del cancro. Oggi ben l’80% delle procedure diagnostiche che utilizzano radiofarmaci richiedono l’uso di molibdeno-99. In futuro, l’efficienza produttiva di questo prezioso radioisotopo potrà essere aumentata, tra l’altro, grazie a bersagli di uranio preparati mediante stampa spaziale. Il brevetto europeo per una tale soluzione è appena arrivato nelle mani degli scienziati del Centro nazionale per la ricerca nucleare (NCBJ) di Świerk, in Polonia.
“La domanda globale di molibdeno-99 è enorme. È un radioisotopo che solitamente viene prodotto nei reattori nucleari di ricerca, cioè in dispositivi con capacità produttiva limitata. Ecco perché è così importante migliorare costantemente i metodi della sua produzione”, afferma il co-inventore del brevetto Prof. Paweł Sobkowicz (NCBJ) e sottolinea che la domanda di brevetto è stata sostenuta finanziariamente dalla Foundation for Polish Science e dal Il progetto stesso è stato realizzato dal Centro di eccellenza NOMATEN MAB dell’NCBJ.
Le moderne tecniche di imaging della struttura e delle funzioni del corpo umano dipendono in gran parte dai radiofarmaci, vale a dire sostanze attive contenenti isotopi radioattivi opportunamente selezionati. Una volta introdotto il radiofarmaco nel corpo del paziente, è possibile monitorarne le portate oi siti di accumulo registrando i fotoni emessi dai nuclei del radioisotopo in decomposizione.
Il tecnezio-99m metastabile è uno dei radioisotopi più importanti in medicina. I fotoni che emette non provocano danni ai tessuti e vengono registrati dai rivelatori delle apparecchiature diagnostiche senza troppe difficoltà. Inoltre, l’emivita di questo radioisotopo è di sole sei ore, il che significa che scompare dal corpo del paziente subito dopo il test.
La breve emivita del tecnezio-99m metastabile è un vantaggio dal punto di vista del soggetto. È una sfida per i diagnostici perché impone una radicale limitazione del tempo che può intercorrere tra la produzione del radioisotopo e la procedura diagnostica. La soluzione al problema è nota da anni: non è il tecnezio che finisce negli ospedali, ma il molibdeno-99, che si sta disintegrando al suo interno. L’emivita del molibdeno-99 è di 67 ore. Questo è il tempo che garantisce la possibilità di un trasporto pacifico del radioisotopo dal luogo di produzione all’ospedale.
“Il molibdeno-99 è più comunemente prodotto irradiando piccoli bersagli contenenti uranio-235 a basso arricchimento con neutroni”, afferma MSc. Ing. Maciej Lipka, uno dei coautori del brevetto. “I neutroni del reattore hanno una capacità limitata di penetrare nel materiale bersaglio. Per garantire che il maggior numero possibile di nuclei di uranio-235 venga convertito in molibdeno-99, i bersagli vengono tipicamente preparati come lastre sottili da una dispersione di uranio o del suo ossido o siliciuro in alluminio. Il processo di produzione delle piastrelle non lascia molto spazio all’ottimizzazione. Pertanto, abbiamo proposto un modo diverso per preparare i bersagli di uranio: la stampa spaziale mediante sinterizzazione laser della polvere”.
La sinterizzazione laser di polveri metalliche è un tipo di stampa 3D basata sull’utilizzo di un laser di potenza adeguata per fondere selettivamente un sottile strato di polvere, precedentemente distribuito uniformemente all’interno del contenitore sulla piattaforma di lavoro. Dopo aver fissato il primo strato, la piattaforma viene leggermente abbassata, viene applicato il successivo strato di polvere e l’intero ciclo può essere ripetuto tutte le volte che si desidera.
“Le tecniche di stampa 3D sono note da molto tempo, ma finora non sono state utilizzate per produrre bersagli di uranio per l’irradiazione di neutroni nei reattori. Tuttavia, riteniamo che questo modo di produrre obiettivi possa avere una serie di vantaggi”, afferma il Prof. Sobkowicz.
In un bersaglio esposto ai neutroni, avvengono reazioni nucleari, il cui sottoprodotto è il calore. L’uso della stampa 3D consente di ottimizzare la forma dei bersagli in modo che il calore venga dissipato in modo più efficace nell’ambiente. I bersagli stessi si riscalderebbero quindi di meno, e questo aumenterebbe il contenuto di uranio-235 in essi. Di conseguenza, potrebbe essere prodotto più molibdeno-99 per esposizione.
“Quando si sparano neutroni in un bersaglio di uranio, non si forma solo il molibdeno-99, ma anche molti altri isotopi. Dopo l’estrazione dal reattore, ogni bersaglio deve quindi essere sottoposto ad un appropriato trattamento chimico, che serve ad isolare il molibdeno. Nel frattempo, con l’aiuto della stampa spaziale, è possibile preparare, ad esempio, bersagli traforati con una superficie attiva molto ampia, interagendo in modo più efficace con i solventi chimici”, afferma l’Ing. Lipka.
Forse l’aspetto più promettente del brevetto riguarda il potenziale per aumentare l’efficienza di lavorazione dell’uranio-235 stesso. In ogni bersaglio irradiato, alcuni dei nuclei di questo isotopo non subiscono trasformazioni nucleari. Le forme dei bersagli stampati possono quindi essere progettate per aumentare la quantità di uranio recuperato. Una volta estratto, potrebbe essere utilizzato per costruire più bersagli.
Attualmente, oltre il 10% della domanda mondiale di molibdeno-99 è coperto dal reattore nucleare di ricerca polacco Maria, situato a Świerk vicino a Varsavia. NCBJ gestisce anche il POLATOM Radioisotope Center, un produttore di generatori di tecnezio e molti radiofarmaci. I prodotti POLATOM vengono esportati in oltre 70 paesi.
Informazioni aggiuntive
Il Centro di eccellenza NOMATEN è stato creato presso il Centro nazionale polacco per la ricerca nucleare in Polonia come nuova organizzazione di ricerca in cui team di ricerca internazionali di livello mondiale progettano, sviluppano e valutano materiali multifunzionali innovativi – combinando proprietà strutturali e funzionali avanzate – per applicazioni industriali e mediche applicazioni. NOMATEN sviluppa partnership con l’industria e le organizzazioni di ricerca al fine di realizzare e implementare soluzioni go-to-market nel campo dei materiali innovativi e dei radiofarmaci.
Il reattore di ricerca MARIA è attualmente l’unico reattore nucleare di ricerca operato in Polonia. La sua potenza è di 30 MW. Le attuali principali applicazioni dei reattori sono: produzione di radioisotopi, test di combustibili e materiali strutturali per l’ingegneria dell’energia nucleare, trasmutazione neutronica drogaggio del silicio, modificazione neutronica dei materiali, ricerca nella fisica dei neutroni e della materia condensata, radiografia dei neutroni, analisi dell’attivazione dei neutroni, fasci di neutroni in medicina, formazione nel campo della fisica e della tecnologia dei reattori.
Centro nazionale per la ricerca nucleareè uno dei più grandi istituti di ricerca in Polonia con oltre 1.100 dipendenti. La sede dell’istituto si trova a Otwock, nel distretto di Świerk, dove si trova il centro nucleare appartenente all’NCBJ, compreso il reattore di ricerca MARIA. L’Istituto svolge attività di ricerca, sviluppo e implementazione nell’area relativa alla fisica subatomica ampiamente compresa, alla fisica delle radiazioni, alla fisica e alle tecnologie nucleari e del plasma, alla fisica dei materiali, ai dispositivi e rivelatori di accelerazione delle particelle, all’uso di questi dispositivi in medicina ed economia, nonché ricerca e produzione di radiofarmaci . La posizione scientifica dell’istituto è determinata anche dal numero di pubblicazioni (oltre 500 all’anno) e dal numero di citazioni misurate dall’indice di Hirsch (oltre 180).
Informazioni sui brevetti:
EP3985686 – METODO DI PREPARAZIONE DEL BERSAGLIO DI URANIO PER LA PRODUZIONE DI MOLIBDENO, PROCESSO DI PRODUZIONE DEL MOLIBDENO E BERSAGLIO DI URANIO PER LA PRODUZIONE DI MOLIBDENO
Autori: Paweł Sobkowicz, Maciej Lipka, Rafał Prokopowicz, Anna Talarowska
CREDITO
Centro nazionale per la ricerca nucleare National Centre for Nuclear Research