解決醫療放射性同位素供應短缺的問題：由于醫用放射性同位素的供應鏈持續掙扎，研究人員正在開發生產锝-99m的新方法，并探索以前未被充分利用的锝放射性同位素的潛力。(Courtesy: Shutterstock/Parilov)

Innovative Fuel Solutions LLC公司的合伙人Edward Mausolf和Erik Johnstone認為醫療放射性同位素供應穩定具有必要性。十年前，他們在研究生院成為锝化學專家，當他們研究如何生產和分離锝同位素時，他們意識到在锝供應鏈中存在一些固有問題，除非做出實質性改變，否則該行業將繼續面臨這些問題。

例如，锝-99m(Tc-99m)是核診斷成像程序中使用最多的一種同位素，它通常由鉬-99(Mo-99)利用核反應堆生產。由于Mo-99/Tc-99m的物理半衰期相對較短(同位素衰變到其初始活性的一半所需的時間)，科學家們無法生產庫存; 相反，他們必須持續生產和分配。其他問題，如核反應堆基礎設施的老化和對放射性同位素需求的增加，導致了多年來Mo-99/Tc-99m供應鏈的幾次重大中斷。

簡單地說：需要有新的方法，能夠更有效地生產放射性同位素的锝，并減少浪費。

此后，Mausolf和Johnstone設計了一種方法，依靠氘-氘中子發生器來生產锝放射性同位素。他們的方法可以解決供應鏈和基礎設施問題，安全地將Tc-99m和以前未被充分利用的放射性同位素Tc-101的生產拉近到病人的床邊，同時也產生更少的廢物和使用更少的資源。他們在《制藥》雜志上報告的初步實驗結果還表明，Tc-101--通常被認為是一種雜質--可以在醫學成像和治療方面發揮作用。

用中子發生器生產锝同位素

"我們意識到，可能有一些發散性思維來尋找增加產量的方法。Mausolf說："與其有更大的堆積，不如使用不同的锝同位素比率，以便能夠彌補當前供應鏈效率低下的差異。"而中子發生器是有意義的，因為你沒有長壽命的裂變廢物。"

氘-氘中子發生器通過碰撞稱為氘的氫的同位素產生中子輻射。當兩個氘原子在聚變反應中碰撞時，它們會產生自由中子，可以與鉬靶碰撞，產生锝同位素。當中子轟擊鉬靶時，Tc-101與Tc-99m一起被產生。而Johnstone和Mausolf希望將Tc-101用于工作。盡管它的半衰期只有14.22分鐘，但Tc-101在衰變時產生β射線(487 keV，90.3%)和伽馬射線(307 keV，89.4%)。這些可以被用于治療和成像應用。

"我們相信，靠近使用點的小規模放射性同位素生產可能是未來的方向，因為它避免了將半衰期以小時計算的快速衰變產品運往全國甚至國際。"我們研究的另一個關鍵特點是準確定位Tc-101的生產或分離，我們認為它是一種壽命較短的锝同位素，在文獻中沒有討論。"

科學家們說，Tc-101的物理半衰期很短，不應該阻止其他人考慮它的醫療應用，因為其他半衰期更短的同位素，如半衰期剛剛超過2分鐘的氧-15，被廣泛使用。

相反，Mausolf和Johnstone說，他們面臨的最大挑戰是優化利用氘-氘中子發生器產生的中子來生產Tc-101的過程。與氘-氚中子發生器(其功率更大，但由于氚的放射性，需要增加屏蔽和監管負擔)相比，氘-氚中子發生器通常產生較少的中子，其能量也較低，這減少了可生產的放射性同位素的數量。

為了提高Tc-101的產量，科學家們與阿德爾菲科技公司的David Williams合作。他們一起設計了一個優化的分離過程，并將其與阿德爾菲的氘-氘中子發生器耦合，該發生器產生的中子產量超過每秒100億個中子。在發生器中產生的中子然后擊中鉬，鉬反過來衰變為Tc-99m和Tc-101。由此產生的材料與活性炭接觸，以從剩余的低比活度的鉬中分離出锝同位素。

在優化的系統中，"你在生產中總是有一些平衡期，"威廉姆斯說。"你有一個不是半衰期的半衰期，因為它被母體[鉬]的半衰期所支配。"

其他考慮因素

科學家們評估了用這種方法生產的Tc-99m和Tc-101的產量，并將產量與來自氘-氚系統以及天然和富集鉬靶的產量進行了比較。盡管他們的目的不是要確定Tc-101的任何具體應用，但他們也從環境、財務、監管和臨床的角度考慮了生產同位素的影響。

為這項研究提供咨詢的HZDR資源生態研究所的科學家Natalia Mayordomo指出，由于Tc-101及其穩定的子產品釕-101的物理和生物半衰期較短，通過人類廢物進入環境的放射性物質的數量將少于具有較長基態或衰變產物的放射性同位素。

此外，威廉姆斯說，中子發生器的目標具有較低的比活度，沒有與放射性同位素生產相關的裂變產物，而且屏蔽要求與屏蔽氟-18等PET同位素沒有多大區別。

該團隊的下一步包括為一條試驗性生產線籌集資金，并擴大生產規模，以便開始對小鼠進行重要的研究，并由美國食品和藥物管理局等監管機構進行測試。

使用氘-氘中子發生器生產锝同位素，并考慮Tc-101等 "雜質 "的新用途，"對如何使锝為醫學界服務的論點提出了一個巨大的動態變化，"Mausolf說。"我認為它已經有了很大的牽引力，我認為有很多的跑道，我認為還有很多要做的事情。"