Alpha Strahler für die Therapie Hoffnung oder Traum?

1. Forschungszentrum KarlsruheTechnik und Umwelt Alpha Strahler für die TherapieHoffnung oder Traum? Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum

2. 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

3. 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. Vergleich der Eignung von a- und b-Strahlern für die Therapie Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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 Nuklideigenschaften Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum

11. 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

12. 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

13. 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

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

15. 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

16. 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

17. Zusammenfassung Ia-Strahler Hoffnung? Alpha Strahler für die Therapie – Hoffnung oder Traum

18. Zusammenfassung IIa-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