 |
Investigation of production possibilities of terbium radionuclides for cancer dignosis and therapy
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
108669 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Szelecsényi, Ferenc |
| Title in Hungarian |
Rákos megbetegedések diagnosztikájára és terápiájára alkalmazható Terbium radioizotópok előállításának vizsgálata |
| Title in English |
Investigation of production possibilities of terbium radionuclides for cancer dignosis and therapy |
| Keywords in Hungarian |
Rákos megbetegedés, radioizotópok, 149-Tb, 152-Tb, 155-Tb, 161-Tb, ciklotron, nukleáris adatok, PET, SPECT, targeted terápia, céltárgy készítés és szeparáció |
| Keywords in English |
Cancer, radioisotopes, 149-Tb, 152-Tb, 155-Tb, 161-Tb, cyclotron, nuclear data, PET, SPECT, targeted therapy, target preparation and separation |
| Discipline |
| Radiology (Council of Physical Sciences) | 100 % |
|
| Panel |
Chemistry 1 |
| Department or equivalent |
Nuclear technology research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research) |
| Participants |
Kovács, Zoltán
|
| Starting date |
2013-09-01 |
| Closing date |
2018-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
9.896 |
| FTE (full time equivalent) |
8.00 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A rákos területekre célzottan eljuttatott terápiás proteinek és peptidek (un."target vektorok") alapvető fontosságú eszközei napjaink humán terápiás eszköztárának. Ezen makromolekulák (pl. Zevalin, Bexxar; peptid: Octreoscan) nyomjelzése radioaktív elemekkel (diagnosztikai, illetve terápiás izotópokkal) nagyban pontosítja az agresszív áttétes megbetegedések detektálását, és növeli terápiájuk hatásosságát. Kutatásuk éppen ezért napjainkban az érdeklődés előterébe került. Jelzési célokra a Lantanida-sor radioizotópjai bizonyulnak a legmegfelelőbbnek. Ezek közül is a Terbium elem kínál olyan radioizotópokat, melyek mind a diagnosztika (PET: 152-Tb, SPECT: 155-Tb), mind a terápia számára (alfa terápia: 149-Tb, béta terápia: 161-Tb) hasznosak. Ezek a radioizotópok, egy vagy több szempontból is előnyösebbnek bizonyulnak az eddig használtaknál. (Pl.: bomlási energiák, felezési idők stb.) A nyilvánvaló előnyök ellenére, napjainkig elég kevés vizsgálat történt a Tb radioizotópokkal nyomjelzett makromolekulákkal. Ennek alapvető oka az, hogy nem áll rendelkezésre megfelelő hatásfokú előállítási módszer. A kutatási programunk célja, hogy a fenti radioizotópok előállítására töltött-részecske gyorsítókra alapozott gyakorlati célú eljárásokat dolgozzunk ki. Mivel nem álnak rendelkezésre irodalmi adatok, (vagy ellentmondásosak) ezért: (1) részletes gerjesztési függvény és hozam-méréseket tervezünk naturális Tb és dúsított Gd (152-Gd és 155-Tb) céltárgyakon, hogy meghatározzuk a fenti radioizotópok optimális termelési körülményeit, (2) automatizálható ioncserélős szeparációs módszert (Tb/Gd és Tb/Dy) fogunk kifejleszteni a Tb radioizotópok nagy hatásfokú és tisztaságú elválasztására.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A projekt alapvető célja a nukleáris diagnosztika szempontjából előnyös vagy a sugárterápia szempontjából hatásos Terbium radioizotópok (149-Tb, 152-Tb, 155-Tb és 161-Tb) termelésére szolgáló eljárás(ok) kidolgozása. Mivel az orvosi gyakorlat számára is megfelelő előállítási módszerek jelenleg nem állnak rendelkezésre, ezért arra kívánunk választ keresni, hogy részecske gyorsítók (elsősorban alacsony energiás ciklotronok, és Gd, valamint Tb céltárgy-anyagok) segítségével termelhetőek-e és milyen radiokémiai tisztasággal a fenti Terbium radioizotópok. A hordozómentes előállítására vonatkozó előzetes vizsgálataink alapján, a nagy dúsítási fokú Gadolínium céltárgyak protonokkal történő aktiválása alkalmazhatónak tűnik pl. a 152-Tb és a 155-Tb rutintermelésére. A termelt radioizotópok orvos-biológiai hasznosíthatóságához azonban, olyan szeparációs eljárásra is szükség van, mely segítségével nagytisztaságú formában lehet elválasztani a végterméket a célanyagtól, illetve az egyéb szennyező elemektől. Az irodalomban közölt elválasztási eljárások előzetes elemzése alapján lehetőség van arra, hogy automatizálható, nagy hatásfokú (>95%) szeparációs rendszert lehessen létrehozni. (Ezek közül is az ion cserélő kromatográfiás eljárás tűnik a legperspektivikusabbnak.) A nukleáris magadat-mérések alapján tisztázni akarjuk az eddigi irodalmi adatok ellentmondásait, és ezáltal meghatározhatjuk az egyes izotópok hozamait, besugárzási körülményeit. A tervezett szeparációs módszerekkel kapcsolatos vizsgálatok és fejlesztések pedig a megfelelően nagy hatásfokú eljárás(ok) kiválasztását biztosítják.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatómunka eredményeként rendelkezésre állnak majd a legfontosabb orvosi Terbium izotópok (149-Tb, 152-Tb 155-Tb és a 161-Tb) széles körben használható előállítási módszerei. Mivel elsősorban alacsonyenergiás gyorsítókra lesz szükség az előállításukhoz, ezért olyan orvosi centrumban is elérhetővé válnak a terápiás és diagnosztikai Terbium radioizotópok, ahol már eddig is folytattak PET vizsgálatokhoz szükséges izotóptermelést (18-F, 11-C). (Kivételt képez a 149-Tb, melyhez középenergiás ciklotron és AMS szükséges.) A Tb izotópok további jelentőségét az adja, hogy a terápiás izotóp használata mellett egyidejűleg alkalmazott diagnosztikus izotópok segítségével (pl. 149-Tb/152-Tb) nyomon követhető a jelzett terápiás molekulák szervezeten belüli időbeli eloszlása és a rákos sejtekben történő bedúsulása. Az általunk kifejlesztett előállítási módszerek viszonylag gyorsan adaptálhatóak lesznek ezekben a centrumokban, és így hamar megkezdődhet a jelzett rákterápiás proteinek és peptidek kutatása és a későbbiekben a gyakorlati alkalmazása. Ismeretes, hogy a rák világméretekben a halálokok mintegy 20 %-ért felelős, ezért rendkívül fontos hogy az eddig használt (és fejlesztett) eljárások eredményességét és hatásosságát - a radioaktív Tb izotópok vegyületekbe való beépítésével - tovább növeljük. A project eredményeként lehetőség lesz arra, hogy Magyarországon is jelentős fejlődésnek induljanak az ilyen típusú orvos-biológia alapkutatások.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A rákos sejtek elpusztítására számos vegyületet (terápiás proteineket és peptideket) fejlesztettek ki az elmúlt években. Ezek kombinálása (un. jelzése) radioaktív (alfa-, illetve béta részecskékkel bomló) izotópokkal nagymértékben felerősíti a pusztítási hatásfokot. A napjainkban folyó kutatások egyik fontos területe, hogy megtalálják az ilyen „rák-gyógyszerek” jelzésére alkalmas radioizotópokat. Ilyenek többek között a periódusos rendszer Lantanida oszlopának radioizotópjai. Ezek közül is a Terbium elem különleges helyzetet foglal el. Nemcsak két olyan izotóppal rendelkezik mely rendkívül hatásosnak bizonyul terápiás célokra (149-Tb és 161-Tb), de olyan radioizotópjai is vannak, melyek segítségével nyomon is követhető a jelzett „radio-gyógyszerek” eljutása és beépülése a daganatos területre. A bíztató eredmények ellenére, széleskörű alkalmazásukat akadályozza, hogy nem állnak rendelkezésre a fenti Terbium radioizotópok gyakorlati előállítására kidolgozott módszerek. A tervezett kutatásunk során ezért vizsgálni fogjuk a fenti Terbium radioizotópok előállítási lehetőségét alacsony és közepes energiájú ciklotron gyorsítók segítségével. A tervezett nukleáris adatmérések eredményei alapján, valamint a céltárgy készítési/elválasztási eljárások optimalizálásával lehetővé válik, hogy a Terbium radioizotópok széles körben alkalmazhatóak legyenek a különböző itthoni és nemzetközi rákterápiás centrumokban.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Targeting of cancerous sites by means of therapeutic proteins or peptides has become recently an indispensable tool for therapy. Empowering the efficacy of such molecules with diagnostic and therapeutic radionuclides is of highest interest to improve the therapeutic response. Radio-metal (basically from the lanthanides row) labeled species of such macromolecules (e.g. Zevalin or Bexxar; peptide: Octreoscan) have already proven to play a crucial role in detection and treatment of aggressive metastatic diseases. The element Terbium, member of the lanthanide row, offers a set of radionuclides which are potentially suitable for diagnosis (PET: 152-Tb, SPECT: 155-Tb) as well as particle emitting nuclides with potential in targeted particle radionuclide therapy (alpha: 149-Tb, beta: 161-Tb). All these radionuclides possess one or several advantages compared to radionuclides currently used in radio-pharmacy with respect to the decay energies and half-lives. Despite of this opportunity, until now only a few applications were reported mainly due to the lack of practical production methods for these Tb radionuclides. The proposed research program targets mainly this problem. The first aim of this project is to perform detailed cross sections and thick target yield measurements on nat-Tb and on 152-Gd and 155-Gd targets. These studies will allow determining the optimal condition for the production of the 149-Tb, 152-Tb, 155-Tb and 161-Tb. (energy window, targetry, etc.) The second aim is the development of efficient methods (using ion exchange chromatography) for the separation of the produced radionuclides (Tb/Gd and Tb/Dy) in high specific activities and radiochemical purity.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The basic aim of the proposed research program is to develop production methods for several Terbium radioisotopes used for diagnostic purposes and therapy (149-Tb, 152-Tb, 155-Tb and 161-Tb). Since no practical methods are available in the literature for these radioisotopes, we would like to investigate the usefulness of those production methods that are based on charged particle activation of natural Tb and highly enriched Gd materials. Our preliminary results on natural Gd targets has already revealed that proton activation of 152-Gd and 155-Gd can be used for routine production of 152-Tb and 155-Tb (in radionuclidically pure form), respectively. The medical application of the Terbium radioisotopes however, requires high efficiency separation of the products from the target matrix (and from other contaminants). In analyzing the available literature data dealing with the different separation methods of Tb from Gd and Dy, it was found that there are several useful methods for practical purposes. It seems that the ion exchange separation method is the most promising one and can be relatively easily automated.
The planned nuclear data measurements not only help solving the contradictions of the literature data, but also make possible to calculate the yields of the different reactions and elaborate the routine production circumstances. Similarly, the proposed separation studies will provide high efficiency automated separation method for practical purposes.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Based on the results of the proposed research project, new production methods will be available for the most important medical Terbium radioisotopes (149-Tb, 152-Tb, 155-Tb and 161-Tb). Since mainly low energy accelerators are required for the suggested methods, they can also be employed in those laboratories (medical centers) where PET radioisotopes (18-F, 11-C) are routinely manufactured. (The 149-Tb can be produced only with medium energy proton cyclotron combined with AMS.) An additional importance of the use Tb isotopes is based on the possibility of simultaneous application of diagnostic and therapeutic isotopes (cf. 149-Tb/152-Tb) (in order to follow the distribution of labeled therapeutic macromolecules in the human body and their accumulation in the cancerous tissues). The new production methods will be easily adaptable in the above medical centers and make possible the relatively quick start of the labeling experiments of the therapeutic proteins or peptides. It is well known that cancer is responsible for more than 20% of deaths worldwide. Therefore, empowering the therapeutic proteins or peptides with diagnostic and therapeutic entities is of highest interest to further improve the therapeutic response. As a result of the program, basic medical research program (and practice) can be performed even in Hungarian medical centers.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Several macromolecules (therapeutic proteins and peptides) were successfully developed to destruct the cancerous cells in recent years. Labeling those macromolecules with radioisotopes decaying by alpha or beta particles can significantly increase the ‘killing efficacy’ of the used molecules. The search for the proper radioisotopes is therefore one of the most important research field in recent days. In analyzing the chemical and physical properties of the group of radio-lanthanides, it becomes clear that they appear to be more suitable for labeling purposes. Recently, the element Terbium, also member of the lanthanide row, attracted special attention since it offers a set of radionuclides which are potentially suitable both for diagnosis (152-Tb and 155-Tb) and therapy (149-Tb and 161-Tb). In spite of the promising results their widespread application is limited because of the lack of the practical production methods of the Terbium radioisotopes. The proposed research program targets mainly this problem. We shall study the production possibilities of the above radioisotopes via charged particle induced nuclear reactions using low and middle energy cyclotrons. Based on the detailed production related nuclear data measurements and the optimized radiochemical separation methods, the Terbium radioisotopes will be available not only for foreign but also for Hungarian medical cancer research centers.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
