Separation of 225Ra (t1/2 = 15 d) from its daughter isotope 225Ac (t1/2 = 10 d) is necessary to obtain pure 225Ac for cancer alpha-therapy. In this study, microscale separation of 225Ra from its daughter 225Ac using BioRad AG50X4 cation exchange resin was achieved with good reproducibility across microdevices, and ≥90% purity was achieved for 225Ac, which is comparable to conventional chromatography. These results indicate the potential for greater use of microfluidics for biomedical radiochemistry. The modularity of the system and its compatibility with different resins allows for quick and easy adaptation to the various needs of a separation campaign.

There is a present and future need for the medical isotope Actinium-225, currently in short supply worldwide.  Only a couple manufacturers produce it in very low quantities.  In roughly the past 10 years the medical community has explored the use of Ac-225 and its daughter Bismuth-213 for targeting a number of differing cancers by way of Targeted Alpha Therapy (TAT). This method utilizes the alpha-decay of both Ac-225 (half-life 10 days) and Bi-213 (half-life 46 min) to kill cancerous cells on a localized basis.  Maximum energy is delivered to the cancer cells thereby greatly minimizing healthy tissue damage. This research proposes a production method using a high-energy photon spectrum (generated by a linear accelerator or LINAC) to irradiate a sample of Radium-226 (half-life 1600yrs).  The photo-neutron reaction liberates neutrons from Ra-226 atoms leaving behind Radium-225 (half-life 14.7 days).  Ra-225 decays naturally through beta emission to Ac-225.  Previous research demonstrated it is possible to produce Ac-225 using a LINAC; however, very low yields resulted which questioned the feasibility of this production method.  This research proposes a number of LINAC and radium sample modifications that could be greatly increase yield amounts for practical use. Additionally, photo-neutron cross-section data for Ra-226 was used, which led to improved yield calculations for Ra-225.  A MATLAB® model was also created, which enables users to perform quick yield estimates given several key model parameter inputs.  Obtaining a sufficient supply of radium material is also of critical importance to this research.  Therefore information was gathered regarding availability and inventory of Radium-226.  This production method would serve as a way to not only eliminate many hazardous radium sources destined for interim storage, but provide a substantial supply of Ac-225 for future cancer treatment. / Master of Science

Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2016-08-25T11:05:49Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-08-25T11:05:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / A radioimunoterapia (RIT) faz uso de anticorpos monoclonais conjugados com radionuclídeos emissores α ou β-, ambos para terapia. O tratamento baseia-se na irradiação e destruição do tumor, preservando os órgãos normais quanto ao excesso de radiação. Radionuclídeos emissores β- como 90Y, 131I, 177Lu e 188Re, são úteis para o desenvolvimento de radiofármacos terapêuticos e, quando associados a AcM como o Anti-CD20 são importantes principalmente para o tratamento de Linfomas Não Hodgkins (LNH). 188Re (Eβ- = 2,12 MeV; Eγ= 155 keV; t1/2 = 16,9 h) é um radionuclídeo atrativo para RIT. O Centro de Radiofarmácia do IPEN possui um projeto que visa a produção do radiofármaco 188Re-Anti-CD20. Com isso,este estudo foi proposto para avaliar a eficácia desta técnica de marcação para tratamento em termos compartimentais e dosimétricos. O objetivo deste trabalho consistiu na compararação da marcação do AcM anti-CD20 com 188Re com a marcação do anticorpo com 90Y, 131I, 177Lu e 99mTc (pelas suas características químicas similares) e 211At, 213Bi, 223Ra e 225Ac. Através do estudo de técnicas de marcação relatadas em literatura, foi proposto um modelo compartimental para avaliação de sua farmacocinética e estudos dosimétricos, de alto interesse para a terapia. A revisão de dados publicados na literatura, possibilitou demonstrar diferentes procedimentos de marcação, rendimentos de marcação, tempo de reação, impurezas e estudos de biodistribuição. O resultado do estudo mostra uma cinética favorável para o 188Re, pelas suas características físicas e químicas frente aos demais radionuclídeos avaliados. O estudo compartimental proposto descreve o metabolismo do 188Re-anti-CD20 através de um modelo compartimental mamilar, que pela sua análise farmacocinética, realizada em comparação aos produtos marcados com emissores β-: 131I-antiCD20, 177Lu-anti-CD20, o emissor γ 99mTc-anti-CD20 e o emissor α 211At-Anti-CD20, apresentou uma constante de eliminação de aproximadamente 0,05 horas-1 no sangue do animal. A avaliação dosimétrica do 188Re-Anti-CD20 foi realizada através de duas metodologias: pelo método de Monte Carlo e pelo uso de uma fonte pontual β- através da Fórmula de Loevinger via programa Excel. Através da Fórmula de Loevinger fez-se a validação do método de Monte Carlo para a dosimetria do 188Re-Anti-CD20 e dos demais produtos. As doses e as taxas de doses obtidas pelos dois métodos foram avaliadas em comparação à dosimetria do 90Y-Anti-CD20, 131I-Anti-CD20 e do 177Lu-Anti-CD20, obtidas pela mesma metodologia. O estudo de dose foi realizado utilizando modelos matemáticos considerando um camundongo nude de 25g, simulando diferentes tamanhos de tumor e diferentes formas de distribuição do produto dentro do animal. De acordo com os resultados obtidos, pela energia de emissão β-, 188Re-Anti-CD20 apresenta maior deposição de energia para tumores volumosos em relação aos demais produtos avaliados. Em uma simulação com 100% do produto captado pelo tumor, 89% da dose total manteve-se absorvida pelo tumor, preservando a integridade de ógãos críticos como coração (2%), pulmões (5%), coluna (4%), fígado (0,014%) e rins (0,0007%). Em uma simulação onde há uma biodistribuição do produto no organismo do animal, 38% da dose total é absorvida pelo tumor e >3% é absorvida pela coluna. Nessa situação mais próxima da realidade, a extrapolação dos dados para um humano de 70kg, mostrou que a dose absorvida no tumor corresponde a cerca de 33%; na coluna 7% e o coração receberia uma dose de 35% do total. A análise compartimental e dosimétrica apresentada neste trabalho, realizada através do uso de um modelo animal para o 188Re-Anti-CD20 mostra que o produto desenvolvido e apresentado em literatura é candidato promissor para a RIT. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP