Historie, současnost a budoucnost používání 68Ge/68Ga generátorů – 2. část

Souhrn

Cíl: Podrobnější přehled historie, současného stavu a nynějších trendů v získávání ⁶⁸Ga, především z ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidového generátoru.

Úvod: Pozitronová emisní tomografie (PET) je jednou z nejmodernějších metod nukleární medicíny. Stále nejhojněji využívaným radionuklidem při diagnostice pomocí PET je ¹⁸F, ale do popředí se dostávají i další pozitronové zářiče a velká pozornost je věnována právě ⁶⁸Ga. Nespornou výhodou tohoto radionuklidu je způsob jeho získání. Oproti ostatním radionuklidům využívaným v PET diagnostice, které jsou připravovány téměř výhradně na cyklotronu, je ⁶⁸Ga možné získat i pomocí radionuklidového generátoru, což výrazně zjednodušuje a urychluje další kroky jeho použití.

Popis problematiky: Vývoj ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorů představoval komplexní výzkum separačních systémů, které jsou i dnes aktuálním tématem. V současnosti je dostupná řada separačních systémů, z nichž některé jsou již registrovány u Evropské agentury pro léčivé přípravky (EMA) či amerického Úřadu pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) pro použití v humánní medicíně. Jiné jsou dostupné pouze pro výzkum a vývoj. S ohledem na technologické a legislativní těžkosti spojené s vývojem ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidového generátoru je navržení systému, který by poskytoval eluát ⁶⁸Ga ve vhodné chemické formě a dostatečné radiochemické a radionuklidové čistotě, stále velkou výzvou a rozsáhlému studiu je věnována pozornost mnoha vědeckých týmů z celého světa. V České republice je dosud registrován jeden ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidový generátor a jeden kit pro značení ⁶⁸Ga, SomaKit TOC pro diagnostiku neuroendokrinních tumorů (NET). Další kit, ⁶⁸Ga-PSMA-11, je pak využíván pro diagnostiku karcinomu prostaty v rámci specifického léčebného programu. Ve světovém měřítku není však využití tohoto radionuklidu omezeno pouze na tyto aplikace a ⁶⁸Ga je stále ve větší oblibě.

Závěr: Rozsáhlé studie separačních systémů a cílících molekul by mohly v budoucnu vést u některých diagnostických procedur k nahrazení tradičního PET radionuklidu ¹⁸F právě ⁶⁸Ga a to především díky možnosti eluce z radionuklidového generátoru.

Klíčová slova:

radionuklidový generátor – pozitronová emisní tomografie – galium-68 – germanium-68

Pokračování z minulého čísla.

⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidový generátor

První ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidový generátor pro PET diagnostiku byl připraven již v 60. letech minulého století. Gallium-68 bylo získáváno kapalinovou extrakcí z vodné fáze o pH 6,4 obsahující ⁶⁸Ge pomocí 35% acetylacetonu v cyklohexanu a následně reextrahováno do 0,1M HCl. Výtěžek ⁶⁸Ga se pohyboval v rozmezí 70–80 %. Generátor bylo možné používat v cyklech po 3–4 h a jednou za každý čtvrtý separační cyklus byl do vodné fáze obsahující ⁶⁸Ge přidán 1 mg neaktivního GaCl₃ coby nosiče pro zajištění dostatečného výtěžku ⁶⁸Ga. Při jednom separačním cyklu bylo takto možné získat 2–3 mCi (74–111 MBq) ⁶⁸Ga. Preparát z tohoto generátoru byl používán pro přípravu komplexu [⁶⁸Ga]EDTA pro zobrazování nádorů mozku. ¹⁰ Stejnou cestou připravené ⁶⁸Ga bylo použito i pro přípravu dalších komplexů pro zobrazování mozkových nádorů, jako je [⁶⁸Ga]protoporfyrin, ⁶⁸Ga]ftalokyanatan či [⁶⁸Ga]gallát sodný. ²⁴

Princip kapalinové extrakce byl využit i u generátoru z roku 1978, který byl založen na extrakci komplexu ⁶⁸Ga s 8-hydroxychinolinem z vodné fáze o pH ideálně 5 do organické fáze tvořené chloroformem. Při použití 5 μCi (185 kBq) ⁶⁸Ge poskytoval tento systém výtěžky ⁶⁸Ga blízko 100 % a kontaminace mateřským ⁶⁸Ge se držela na úrovni 0,003 %. Nicméně při navýšení výchozí aktivity ⁶⁸Ge na 3 mCi (111 MBq) došlo ke snížení výtěžku na 75 % vzhledem k nárůstu iontové síly vodné fáze z 0,06 M na 0,56 M způsobené použitím většího množství neutralizačního činidla. Nespornou výhodou oproti jiným tehdejším výzkumným ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga generátorům byla stabilita komplexu ⁶⁸Ga s 8-hydroxychinolinem, která nepřevyšovala stabilitu komplexů využívaných pro in vivo aplikace. Prosté odpaření organické fáze a opětovné rozpuštění odparku v ethanolu a naředění fyziologickým roztokem tedy umožňovalo přistoupit ke značení dalších molekul. ²⁵

Vysoká stabilita separovaných komplexů se totiž ukázala být značně problematická hned u prvního ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga chromatografického (kolonově uspořádaného) generátorového systému. První takový generátor byl sestrojen již v roce 1961. Separační proces zde spočíval ve využití anorganického měniče iontů (oxid hlinitý neboli alumina), který zadržoval mateřské ⁶⁸Ge na koloně, a 0,005M roztoku EDTA o pH blízkém 7, kterým byla chromatografická kolona promývána, přičemž se tvořil komplex EDTA s ⁶⁸Ga, které tak bylo vymýváno z kolony ven. Výtěžky tohoto generátoru se pohybovaly kolem 70 % a kontaminace ⁶⁸Ge zůstávala pod 0,0003 %. ²⁶ Po jistých úpravách byl tento generátorový systém znovu prezentován v roce 1964. Tentokrát byl generátor sestrojen tak, aby poskytoval sterilní eluát ⁶⁸Ga. Ihned za vývod z kolony byl zařazen filtrační krok, kdy eluát procházel sterilním 0,22μm filtrem a filtrovaný eluát byl automaticky pomocí sterilní jehly převáděn do sterilní vialky. Tam byl následně přidáván i 18% roztok NaCl, což z eluátu učinilo isotonický roztok vhodný k okamžitému použití. ²⁷

Pomocí tohoto generátoru bylo okamžitě získáváno ⁶⁸Ga v požadované formě jako komplex [⁶⁸Ga]EDTA pro tehdejší nejčastější aplikaci, tedy zobrazení mozku. Použití takového generátoru však vzhledem k velmi vysoké chemické stabilitě komplexu s EDTA výrazně omezovalo další možnosti použití ⁶⁸Ga. V práci Yana & Angera ²⁷ byl proto eluát z tohoto systému podroben experimentům pro získání iontového Ga³⁺. K eluátu byl přidán galliový nosič ve formě neaktivního GaCl₃ a následně bylo gallium vysráženo do formy Ga(OH)₃ při pH 6 pomocí NH₄OH. Pro koagulaci sraženiny byl roztok zahříván ke 100 ˚C, sraženina byla následně odseparována centrifugací a rozpuštěna ve 20% NaOH. Roztok ⁶⁸Ga byl okyselen přídavkem koncentrované HCl. Celý proces separace trval 30 minut a vedl k získání 60–70 % ⁶⁸Ga z komplexu v závislosti na množství nosiče. Bylo zjištěno, že převod ⁶⁸Ga z komplexu s EDTA je reálný, nicméně tak časově náročný, že ztráty ⁶⁸Ga samovolnou přeměnou činily přibližně 30 %. ²⁷ Využití eluátu ⁶⁸Ga z tohoto generátoru na jiné aplikace bylo tedy vysoce nerentabilní. Na konci 70. let tak došlo k útlumu využití ⁶⁸Ga pro medicinální účely především z důvodu nevhodné formy ⁶⁸Ga v eluátu pro přípravu radiofarmak a k malému významu existujících farmak pro klinickou praxi.

Jedno však bylo pro další výzkum ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorů zřejmé, a to nutnost orientace směrem k chromatografickým metodám a vývoj generátoru v kolonovém uspořádání. Tento princip separace byl totiž oproti kapalinové extrakci rychlejší, poskytoval sterilní preparát bez zařazení dalších složitých radiochemických operací, a tím kladl daleko nižší nároky na obsluhující personál jak z hlediska požadovaných schopností, tak radiační zátěže.

Zásadním pro další výzkum, který i přes útlum medicinálního užití ⁶⁸Ga pokračoval, bylo nalezení takové stacionární fáze pro chromatografický generátor, která by umožnila zisk ⁶⁸Ga v iontové formě.

V dalších řešeních byla jako stacionární fáze testována kyselina polyantimoničná ²⁸ či nejrůznější organické měniče iontů. ^29–31 Žádná z těchto variant však neposkytla dostatečně čisté ⁶⁸Ga ve vhodné chemické formě pro další úpravy. Existence iontu Ga³⁺ je nejlépe umožněna v prostředí kyseliny chlorovodíkové o pH 0–2. Germanium navíc v takovém prostředí tvoří komplexní anionty [GeCl₅]^-. Tyto dva jevy tak otevřely cestu k použití měničů iontů coby stacionární fáze generátoru. Vzhledem k tomu, že organické měniče iontů nevykazují dostatečnou radiační stabilitu pro použití v medicinálních generátorech ⁶⁸Ga, v pokračujícím výzkumu byly studovány především možnosti použití anorganických materiálů. Jako ideální materiály byly hodnoceny hydratované oxidy čtyřmocných prvků, jako je křemík, cín, titan, zirkonium či cer. ^32–34 Tyto materiály totiž vystupují jako amfoterní měniče iontů. V zásaditém prostředí se chovají jako měniče kationtů (viz rovnice (1)) a pro separaci Ge a Ga by tak nebyly vhodnými kandidáty. Nicméně v kyselém prostředí vystupují jako měniče aniontů (viz rovnice (2)) a jsou tedy schopné zachycovat komplexní anion germania [GeCl₅]^- a propouštět ionty Ga³⁺. ³⁵

M – OH → M – O^– + H⁺                                 (1)

M – OH → M⁺ + OH^–                                      (2)

Komerční generátory

V současné době je komerčně dostupných deset ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorů, z nichž 7 je užíváno pro medicinální účely alespoň v jedné zemi. V České republice je jeden z těchto generátorů registrován a jeden je používán v rámci specifického léčebného programu. Seznam komerčních generátorů spolu se základní charakteristikou je uveden v Tab. 3.

V současných komerčních generátorech jsou využívány jako stacionární fáze čisté nebo modifikované oxidy křemíku, cínu a titanu a jako eluční činidlo kyselina chlorovodíková o různých koncentracích. Jedním z prvních studovaných sorbentů pro tyto účely byl oxid křemičitý (silikagel). Tato stacionární fáze ve variantě modifikované dodecyl-gallátem je využívána v komerčním medicinálním ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidovém generátoru od ITM. Eluce je prováděna 0,05M HCl a ⁶⁸Ga je získáváno v objemu 4 ml ve formě GaCl₃. Počáteční výtěžek eluce dosahuje 95 % a deklarovaná kontaminace ⁶⁸Ge je ≤ 0,005 %. Životnost takového generátoru je 12 měsíců nebo 250 elucí. Je dodáván ve velikosti od 0,3 do 2 GBq. ³⁶ Pří dlouhodobém testování bylo zjištěno, že během periody jednoho roku dochází k poklesu výtěžku na hranici 80 % a k poklesu kontaminace ⁶⁸Ge na hranici 0,001 %. Rovněž kontaminace kovovými prvky je vzhledem k povaze stacionární fáze naprosto minimální, a eluát je tedy možné rovnou použít pro značení. Při značení peptidů, jako je DOTATOC či PSMA, bylo bez čištění eluátu dosahováno výtěžků značení nad 98 %, přičemž obsah ⁶⁸Ge v komplexu byl pod detekční mezí. ³⁷

Dalším materiálem užívaným v ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorech je oxid cíničitý. Tento materiál vystupuje jako stacionární fáze ve dvou komerčně dostupných generátorech a další separační systémy jsou stále ve stádiu výzkumu.

První generátor obsahující jako stacionární fázi oxid cíničitý byl vyvinut společností iThemba LABS. Tento generátor byl původně eluován 1M HCl. ³² V práci De Bloise ³⁹ byla testována kvalita eluátu při proměnlivé koncentraci HCl. Bylo zjištěno, že při poklesu koncentrace HCl dochází i k poklesu výtěžku, nicméně při použití 0,6M HCl je získán eluát s příznivějším pH pro další použití v objemu 5 ml a počáteční výtěžky ⁶⁸Ga se pohybují nad 100 % eluovatelné aktivity ⁶⁸Ga s ohledem na čas kalibrace a po 300 dnech dochází k poklesu výtěžku na 75 %. ³⁸ Kontaminace eluátu ⁶⁸Ge má podle práce Sudbrocka a kol. ³⁹ časem rostoucí charakter a v některých případech dokonce převyšuje povolený limit 0,001 % a dosahuje až 0,002 %, nicméně při značení peptidů se nežádoucí aktivita neobjeví ve finálním komplexu. Tento generátor je vyráběn v režimu správné výrobní praxe (SVP). ³⁹

Druhým komerčním generátorem, který využívá oxid cíničitý jako stacionární fázi, je generátor íránské společnosti PARS Isotope. Tento generátor je pod názvem PARS GalluGEN vyráběn v režimu SVP. Pro eluci je zde využíván roztok 0,6M HCl, dlouhodobý výtěžek ⁶⁸Ga neklesá pod 50 % a kontaminace ⁶⁸Ge je udržována pod 0,001 %. Maximální aktivita ⁶⁸Ge, se kterou je generátor dodáván, je 2,59 GBq. ⁴⁰ Oxid titaničitý je nejčastěji užívaným materiálem v komerčně dostupných generátorech. Jedná se o generátory firmy Eckert & Ziegler (EZAG) a IRE Elit. Společnost EZAG disponuje 3 typy ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorů. Všechny jsou eluovány 0,1M HCl. První z nich byl vyvinut společností Obninsk Cyclotron Co., Ltd. U tohoto modelu je dosahováno počátečních výtěžků 75 % v 5 ml eluátu, který postupně klesá na hodnotu 60 % po 200 elucích. Kontaminace ⁶⁸Ge nepřesahuje 0,005 %. Je dodáván s nominální aktivitou ⁶⁸Ge 370 MBq – 3,7 GBq. ⁴¹ Modifikovaným produktem z dílny EZAG je model IGG 100. Počáteční výtěžky eluce se pohybují mezi 65 – 70 % v 5 ml 0,1M HCl. Kontaminace ⁶⁸Ge je při správném používání udržována pod hranicí 0,001 % po dobu 300 elucí. Tento produkt je dodáván v nominálních aktivitách 370 MBq – 1,85 GBq. ⁴² Ani jeden z těchto modelů není vyráběn v režimu správné výrobní praxe (SVP) a není tedy určen pro medicinální účely. Firma EZAG nicméně disponuje i medicinálním ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidovým generátorem pod názvem GalliaPharm. Výtěžek eluce je u tohoto generátoru větší než 60 % nominální aktivity v 5 ml eluátu a kontaminace je udržena pod hranicí 0,001 %. Tento typ je dodáván v nominálních aktivitách 740 MBq – 1,85 GBq. ¹⁵ Jedná se rovněž o jediný medicinální ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidový generátor registrovaný v České republice. Schématické znázornění generátoru je uvedeno na Obr. 2. ¹⁵

Společnost IRE ELiT rovněž disponuje třemi ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidovými generátory. Jako stacionární fáze je zde využíván modifikovaný oxid titaničitý. Modifikace tohoto materiálu podléhá patentové ochraně a není veřejně známá. Generátory jsou eluovány 0,1M HCl. Varianty Galli Eo a Galli Ad jsou vyráběny v režimu SVP a dodávány ve velikostech 740 MBq – 1,85 GBq. Varianta Galli Eo je pro medicinální užití registrována v USA a Kanadě. Do jiných zemí je distribuována podle právních předpisů státu příjemce buď jako medicinální produkt nebo pouze pro výzkumné účely. Výtěžky ⁶⁸Ga u této varianty jsou ≥ 70 % v 1,1 ml eluátu a kontaminace ⁶⁸Ge je pod hranicí 0,001 %. ⁴³ Doba použitelnosti je 450 elucí či 1 rok. Varianta Galli Ad je registrována ve 13 státech Evropy a v České republice je využíván v rámci Specifického léčebného programu. U tohoto typu generátoru je výtěžek ⁶⁸Ga v 1,1 ml eluátu udržován nad hranicí 55 % a kontaminace pod hranicí 0,001 %. Doba použitelnosti je 1 rok. ⁴⁴ Třetí variantou je produkt Galli Rd, který je určen pouze pro výzkumné účely. Výtěžek ⁶⁸Ga v 1,1 ml eluátu je ˃ 50 % a kontaminace je pod hranicí 0,001 %. Je dodáván ve velikostech 370–740 MBq a doba použitelnosti je 200 elucí či 1 rok. ⁴⁵ Design generátorů společnosti IRE ELiT je demonstrován na Obr. 3. Společnost IRE ELiT navíc ke svým generátorům poskytuje další prvky usnadňující manipulaci s generátorem, jako je Galli Cap – zařízení, které umožňuje automatické spínání vypínače a automaticky započítává počet provedených elucí či Galli Mov – zařízení, které po připevnění k základně generátoru umožňuje jeho přemisťování bez nutnosti zvedání.

Nejnovějším produktem na poli ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorů je produkt společnosti ITM GeGant, který je vyráběn v režimu SVP americkou společností RadioMedix a v nedávné době získal registraci americké FDA. Elučním činidlem je v tomto případě 0,05M HCl a kontaminace eluátu ⁶⁸Ge je pod hranicí 0,001 %. Je dodáván ve velikostech 1–4 GBq. Bližší informace o stacionární fázi a výtěžcích ⁶⁸Ga prozatím nejsou známy. ⁴⁶

Generátory ve fázi výzkumu

V minulosti byly jako další potenciální stacionární fáze pro ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidový generátor z řad oxidických materiálů studovány např. oxid hlinitý, oxid železitý a další. ^47,48 V současné době ve výzkumu stále částečně zůstává oxid cíničitý. Nanočástice tohoto oxidu posloužily jako stacionární fáze ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidového generátoru v práci Romera a kol. ⁴⁹, kde byl zkonstruován generátor o počáteční aktivitě ⁶⁸Ge 740 MBq a testován po dobu 17 měsíců. Při použití 1M HCl výtěžek ⁶⁸Ga neklesl během sledovaného období pod 70 % v 7 ml eluátu a kontaminace ⁶⁸Ge byla po celou dobu držena pod úrovní 0,001 %. ⁴⁹

Ve výzkumu dále zůstávají i materiály, jako jsou oxid zirkoničitý a oxid ceričitý. Použití nanokrystalického oxidu zirkoničitého jako stacionární fáze v ⁶⁸Ga/⁶⁸Ge radionuklidovém generátoru je demonstrováno v práci Chakravartyho a kol. ⁵⁰ Tento generátor byl každodenně eluován 0,01M HCl a výtěžky eluce nikdy neklesly pod 80 % ve 2 ml eluátu. Kontaminace ⁶⁸Ge byla po celou dobu držena pod úrovní 0,00001 %. ³³

Generátor obsahující oxid ceričitý jako stacionární fázi byl studován v práci Baa a kol. ³⁴ V tomto případě byl generátor s kalcinovaným oxidem ceričitým eluován 0,02M HCl s výtěžky 56 % v 0,5 ml eluátu. Kontaminace ⁶⁸Ge byla nižší než 0,007 %. Za nízké výtěžky byly pravděpodobně odpovědny nevhodné granulometrické vlastnosti čistého oxidu ceričitého. ³⁴ V práci Chakravartyho a kol. ³³ byl oxid ceričitý granulován do polyakrylonitrilu (PAN), materiálu s vysokou radiační stabilitou, používaného jako matrice u širokého spektra iontoměničů a extrakčních činidel. Při eluci takového generátoru 0,01M HCl bylo získáno 82 % ⁶⁸Ga ve 3 ml eluátu s kontaminací ⁶⁸Ge 0,00001 %. ⁵⁰

V práci Vlk a kol. ⁵¹ byl oxid ceričitý dále studován a byl optimalizován způsob přípravy samotného materiálu a následně i samotného ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidového generátoru. Navržený generátor obsahuje oxid ceričitý připravený kalcinací dusičnanu ceritého při 400 ˚C a je eluován 0,1M HCl. V dlouhodobém horizontu tento systém poskytuje ⁶⁸Ga v 1,6 ml s výtěžkem ≥ 70 %, kontaminace ⁶⁸Ge je po průtoku eluátu druhou separační kolonou pod úrovní 0,001 %. ⁵¹

Požadavky na čistotu a kvalita eluátu

Při vývoji ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidového generátoru pro medicinální použití je potřeba klást velký důraz na chemickou formu a čistotu ⁶⁸Ga eluátu. Přítomnost jakýchkoli kovových nečistot v eluátu ⁶⁸Ga výrazně ovlivňuje jeho další použití. Největší roli hraje samozřejmě kontaminace mateřským ⁶⁸Ge, vliv na výtěžky značení však mají i další kovové prvky pocházející z výroby či přímo z kolony generátoru, jako je železo, titan, cín či nikl. Rovněž produkt přeměny dceřiného radionuklidu, ⁶⁸Zn, ovlivňuje dobu použitelnosti eluátu. Ne všechny komerční generátorové systémy umožňují okamžité využití eluátu bez dalších úprav při dlouhodobém používání. Pro eliminaci kovových či radionuklidových nečistot v eluátu je obvykle přistoupeno k jednomu z následujících kroků. ⁵²

Eluát lze dočistit na aniontovém či kationtovém iontoměniči. Při dočišťování na kationtovém iontoměniči je eluát z generátoru přímo převáděn na kolonu s měničem kationtů, kde je zachyceno ⁶⁸Ga ve formě Ga³⁺ a ⁶⁸Ge kolonou protéká. Kolona je následně promyta roztokem 0,15M HCl v 80% acetonu. Toto promytí zajistí vyčištění preparátu ⁶⁸Ga od iontů zinku a železa. Gallium-68 je následně z kolony vymyto 0,05M HCl v 97,6% acetonu. Při tomto procesu dojde rovněž k zakoncentrování aktivity ⁶⁸Ga v objemu 400 μl. ⁵³ V případě dočišťování na měniči aniontů je nejprve eluát jímán do rezervoáru HCl o takové koncentraci, aby konečná koncentrace HCl činila 5,5 M. Při této koncentraci dochází k tvorbě záporně nabitého komplexu [GaCl₄]^-, který je následně při průtoku kolonou obsahující měnič aniontů zachycen. Zachycené ⁶⁸Ga je z kolony následně vymyto vodou a výsledný objem eluátu se pohybuje pod 100 μl. ⁵⁴

Rovněž lze přistoupit k tzv. frakční eluci, kdy je eluát jímán po frakcích malého objemu a pro další účely jsou využity frakce s nejvyšším poměrem aktivity ⁶⁸Ga a ⁶⁸Ge. ⁵⁵ Pro minimalizaci nečistot při dlouhodobé nečinnosti generátoru je doporučeno před vlastní elucí provést čistící eluci, aby došlo k vyplavení nahromaděných nečistot, především ⁶⁸Zn. ³ Kontaminace kovovými nečistotami je obvykle zjišťována metodou ICP-MS či AAS. Kontaminace radionuklidovými nečistotami je pak zjišťována pomocí gama-spektrometrie, v případě kontaminace ⁶⁸Ge je eluát při dlouhodobém testování generátoru opětovně měřen po uplynutí cca 20 poločasů ⁵⁶, přičemž lékopisný limit pro maximální obsah ⁶⁸Ge v eluátu ⁶⁸Ga je 0,001 %. ⁴

Při návrhu generátoru by vzhledem k čistotě a dalšímu použití ⁶⁸Ga měl být brán zřetel především na vhodnou volbu stacionární fáze, aby nedocházelo ke kontaminaci eluátu kovovými nečistotami, a vhodnou volbu elučního činidla, aby bylo získáváno ⁶⁸Ga v iontové formě a v roztoku o vhodném pH, aby bylo umožněno značení molekul či makromolekul eluátem bez dalších úprav. Zásadní je rovněž objem eluátu a s ním spojená objemová aktivita. Jak je patrné z Tab. 3, obecným trendem je snižování objemu eluátu, přičemž nejmodernější generátory společnosti IRE ELiT poskytují ⁶⁸Ga v objemu maximálně 1,1 ml. Takto nízký objem výrazně usnadňuje a rozšiřuje možnosti dalšího využití eluátu v radiochemické syntéze.

Alternativní zdroj – cyklotron

Stejně jako ostatní pozitronové zářiče je možné tento radionuklid získávat i přímou cyklotronovou výrobou. Tento způsob je výhodný pro pracoviště, která nevyužívají ⁶⁸Ga v takové míře, aby pořízení finančně nákladného generátoru bylo rentabilní. ⁵⁶

Gallium-68 lze připravovat na nízko až středně energetických cyklotronech (p,n) reakcí na ⁶⁸Zn. Vzhledem k nízkému zastoupení tohoto izotopu je nutné používat obohacené terče, aby bylo zabráněno tvorbě nežádoucích produktů. Případné nežádoucí reakce na ⁶⁸Zn nabývají na významu při použití protonů vyšších energií nad 12 MeV. (Obr. 4) Jde především o reakci (p,2n) vedoucí k tvorbě ⁶⁷Ga s poločasem přeměny 3,26 d a reakci (p,3n) vedoucí k tvorbě ⁶⁶Ga s poločasem přeměny 9,49 h. Oba tyto nežádoucí produkty pak není možné separovat během zpracování terče od ⁶⁸Ga. Vzhledem k tomu, že se jedná o dlouhodobější produkty, než je ⁶⁸Ga, je při návrhu experimentu potřeba klást velký důraz na volbu terče, energii protonů a dobu ozařování.

Pro ozařování je možné zvolit pevnolátkové i kapalné, resp. roztokové terče. Nevýhodou pevnolátkových terčů je především potřeba rozpuštění terče před dalším zpracováním, což výrazně prodlužuje přípravu ⁶⁸Ga. Jednou z možností přípravy pevnolátkového terče je provedení galvanického pokovení měděné, stříbrné či platinové podložky. Rovněž lze využít pelety ⁶⁸Zn na hliníkové podložce či folie ⁶⁸Zn, jejichž dostupnost je však silně omezená. ⁵⁶

Pro získání ⁶⁸Ga z terče je následně potřeba terč rozpustit nejlépe v ultračisté kyselině chlorovodíkové či dusičné. Získaný roztok je pak po úpravě pH nanesen např. na kolonu s kationtovým měničem iontů. ⁵⁷ Další variantou pro zpracování pevnolátkového terče je termodifúze, kdy je zinkový terč zahříván a poté je jeho povrch naleptán slabou kyselinou. Tímto způsobem je možné z terče získat 60–70 % ⁶⁸Ga a terč je možné znovu použít.

V případě kapalných terčů je obvykle pro ozařování použit obohacený chlorid zinečnatý či dusičnan zinečnatý. Standardní volbou bývá druhý zmíněný vzhledem ke korozivnímu chování chloridu zinečnatého a vzniku velkých tlaků v terči během ozařování při použití této sloučeniny. Zpracování kapalného terče je pak analogické s rozpuštěním pevnolátkového terče.

Separační postup by měl poskytnout dostatečně čisté ⁶⁸Ga ve formě GaCl₃ použitelné pro další značení stejně jako v případě generátorového systému. Kontrola kvality připraveného ⁶⁸Ga je prováděna pomocí γ-spektrometrie a ICP-MS či AAS. Vzhledem k ceně obohacených terčových materiálů dochází po separaci ⁶⁸Ga k jejich recyklaci. ⁵⁶

Alternativní variantou k (p,n) reakci mohou být (α,n) reakce na ⁶⁵Cu či (d,n) reakce na ⁶⁷Zn. Reakce protonů je však vzhledem k výtěžkům vysoce favorizovaná. ⁵⁸

ZÁVĚR

Gallium-68 dnes již patří mezi etablované PET zářiče. Jeho nespornou výhodou oproti jiným pozitronovým zářičům pro PET je možnost získávání z radionuklidového generátoru. Počátek výzkumu a vývoje ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorů je datován do 60. Let minulého století. Od té doby byl vyvinut, představen, hodnocen a optimalizován nespočet systémů pro separaci ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga. Nejschůdnější cestou pro separaci ⁶⁸Ga od mateřského ⁶⁸Ge se v posledních desetiletích jeví použití anorganických iontoměničů, konkrétně hydratovaných oxidů čtyřmocných kovů. V komerčních generátorech dnešní doby je možné se setkat se stacionární fázi na bázi TiO₂, SnO₂ či SiO₂. Ve výzkumu stále zůstávají materiály jako ZrO₂ či CeO₂.

V současné době existuje hned několik komerčních ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidových generátorů. Několik z nich je vyráběno v režimu SVP a jejich kvalita umožňuje použití v klinické praxi při značení molekul a makromolekul. Jeden z těchto produktů je registrován i v ČR. Jedná se o produkt společnosti Eckert&Ziegler s názvem GalliaPharm.

Přes urputnou snahu výzkumných týmů po celém světě však dnes neexistuje zcela optimální ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga radionuklidový generátor. Jako zásadní problém soudobých generátorových systémů se stále jeví dodržení legislativních limitů pro obsah ⁶⁸Ge, který dle evropského lékopisu činí 0,001 % po celou dobu života generátoru. Zároveň je ale důležité udržet výtěžek eluce ⁶⁸Ga na rozumné úrovni. A tak přestože by poločas rozpadu mateřského radionuklidu ⁶⁸Ge, 270,95 dne, umožňoval výrazně delší dobu provozu, z důvodu technické nedokonalosti je maximální životnost současných medicinálních generátorů ⁶⁸Ga pouze 1 rok. Pořizovací cena takového generátoru přitom není zanedbatelná. Spektrum použití ⁶⁸Ga v PET je však neustále rozšiřováno a poptávka po zdroji ⁶⁸Ga celosvětově neustále roste. Výzkum a vývoj systému pro separaci ⁶⁸Ga je tak stále velice aktuálním tématem.

I díky ⁶⁸Ga by bylo možné v budoucnu převést většinu diagnostických vyšetření ze SPECT diagnostiky, která doposud zastává 80 % všech diagnostických vyšetření v nukleární medicíně, na PET s využitím generátorového systému ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga, který by tak nahradil dosud hojně využívaný ⁹⁹Mo/^99mTc radionuklidový generátor.

Poděkování: Tato práce byla podpořena granty Českého vysokého učení technického v Praze č. SGS19/194/OHK4/3T/14 (K.F. M.V., P. S., J. K.) a Technologické agentury ČR č. TJ01000334, TJ04000129 (K.F, M.V.) a TJ04000138 (P. S. a J. K.).

Rádi bychom tuto práci věnovali doc. Ing. Ferdinandu Šebestovi, CSc. jako poděkování za jeho celoživotní přínos vědecké obci a dlouhodobou spolupráci nejen v oblasti vývoje separačních systémů.

katerina.fialova@fjfi.cvut.cz