Pierwiastek, o którym mowa, nazywa się technet. A konkretnie technet-99m. I tak się składa, że Polska jest jego liczącym się producentem. Na świecie najczęściej wykorzystuje się do tego celu reaktory jądrowe – w naszym przypadku jest to Maria, jedyne tego typu urządzenie w kraju, znajdujące się w podwarszawskim Świerku.

Ale reaktory – jak każde urządzenie – wymagają przeglądów i napraw. Do tego starzeją się, więc są wycofywane z użytku. A technet musi być produkowany na okrągło, bo jest niezbędny w diagnostyce medycznej. Co więcej, nie można go wyprodukować na zapas, bo czas połowicznego rozpadu pierwiastka wynosi 6 godzin. To znaczy, że po tym czasie z każdej wyprodukowanej partii zostanie tylko połowa, zaś w ciągu doby większość atomów straci swoje właściwości. A i pacjenci nie mogą czekać.

Tymczasem kilka lat temu, na skutek przerw w pracy kilku kluczowych reaktorów na świecie, dostawy pierwiastka zostały poważnie zagrożone. W związku z tym podjęto działania zmierzające do tego, żeby zapobiec podobnej sytuacji w przyszłości. – Jednym z pomysłów było opracowanie awaryjnych metod pozyskiwania technetu. Nasz wynalazek to tarcza molibdenowa – mówi dr Izabela Cieszykowska z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku, która przewodziła pracom nad projektem.

Z 99 na 99m

Dlaczego tarcza jest z molibdenu, skoro potrzebny jest technet? Bo technet-99m nie występuje w przyrodzie i można go uzyskać wyłącznie w wyniku przemian jądrowych, dla których punktem wyjścia jest molibden (a konkretnie jeden z jego izotopów). W standardowej metodzie technet-99m otrzymuje się w wyniku rozpadu molibdenu-99, izotopu produkowanego w reaktorze jądrowym z produktów rozszczepienia uranu.

Jak w przypadku każdej reakcji promieniotwórczej, proces jest spontaniczny i nie potrafimy go kontrolować. Czas połowicznego rozpadu Mo-99 wynosi 66 godzin. To znaczy, że każda wyjęta z reaktora porcja po trzech dobach ma już mniej niż połowę surowca do produkcji technetu.

Teraz zaczyna się wyścig z czasem, bo pozyskany z reaktora izotop musi trafić jak najprędzej do szpitali. Wykorzystuje się do tego specjalne urządzenia zwane generatorami technetu. Wewnątrz generatora Mo-99 spontanicznie zamienia się w technet-99m, który jest z niego wypłukiwany roztworem soli fizjologicznej – tłumaczy Tomasz Janiak z NCBJ.

Pozyskany w ten sposób pierwiastek jest podawany w formie leku pacjentom skierowanym na badanie SPECT (tomografię emisyjną pojedynczych fotonów). W ciele pacjenta technet-99m zamienia się w zwykły technet-99, emitując pojedynczą cząstkę światła – foton – o określonej energii. To właśnie ją rejestruje tomograf i na podstawie tysięcy takich zdarzeń tworzy obraz diagnostyczny.

Te 6 godzin

Naukowcy z NCBJ do produkcji technetu postanowili zaprząc jednak nie reaktor, a cyklotron – który jest niczym innym, jak prostym akceleratorem cząstek. Skojarzenia z Wielkim Zderzaczem Hadronów są jak najbardziej na miejscu – w obu urządzeniach chodzi o to, żeby nadać cząstkom większą energię, a potem doprowadzić do zderzenia ze sobą lub z jakimś celem zwanym tarczą. Badania nad metodą sfinansowało Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

W tym wypadku za produkcję technetu będzie odpowiadała inna reakcja, więc inny jest też materiał wyjściowy: molibden-100. – W cyklotronie bombardujemy tarczę protonami, bo chcemy wymusić na atomach molibdenu, żeby wchłonęły po jednej takiej cząstce. Wtedy natychmiast emitują dwa neutrony, przemieniając się w pożądany przez nas technet-99m – tłumaczy prof. Renata Mikołajczak z NCBJ.

Teraz zaczyna się wyścig z czasem. Skoro po 6 godzinach liczba atomów pierwiastka (w pożądanej wersji „m”) zmniejszy się o połowę, to znaczy, że naukowcy mają jeszcze mniej czasu na to, żeby wyjąć tarczę z cyklotronu, przetransportować do laboratorium chemicznego, rozpuścić ją, spreparować roztwór, a następnie dostarczyć do szpitala. – Z tego względu uważamy, że metoda ta może być wykorzystywana tylko do zaspokojenia rynku lokalnego, bo jest w stanie służyć placówkom w określonym promieniu od miejsca wytwarzania, czyli od cyklotronu – mówi dr Cieszykowska.

Kruchy jak molibden

Do naukowców Mo-100 trafia w formie proszku kupowanego na miligramy (producent musi go najpierw wzbogacić, czyli oczyścić z niechcianych izotopów). Materiał nie jest jednak prosty w obsłudze.

Taki niepoddany obróbce proszek po sprasowaniu będzie kruchy jak tabletka aspiryny. Jedną z rzeczy, jaką musimy zrobić, to poprawić jego własności mechaniczne. Jest to kluczowe, bo w trakcie bombardowania w cyklotronie tarcza nie może się kruszyć – tłumaczy Tadeusz Barcikowski z NCBJ. W tym celu naukowcy umieszczają sprasowany do formy pastylki proszek w specjalnym piecu rozgrzanym do 1600 stopni Celsjusza, do którego wpompowują wodór. To pozwala oczyścić molibden ze zbędnych dodatków, jakie mogły w nim pozostać.

Wymiary tak przygotowanej tarczy determinuje cyklotron, w którym tarcza będzie ostrzeliwana, w tym wypadku to urządzenie Uniwersytetu Warszawskiego. – Z kolei grubość tarczy jest podyktowana efektywnością ostrzału. Gdyby była zbyt gruba, części materiału po prostu nie spenetrowałaby wiązka cząstek – mówi Janiak.

Pojemniczek na 20 badań

Partia technetu, jaka powstanie z rozpadu molibdenu w generatorze, wystarczy na przeprowadzenie 10–20 badań. Oczywiście integralnym elementem generatora – przez wzgląd na promieniotwórczą zawartość – jest kilkunastokilogramowa obudowa z ołowiu. Całość trafia do walcowatego opakowania z dużym, charakterystycznym znakiem ostrzegającym przed radioaktywnością.

W razie, gdyby w kraju zabrakło technetu-99m, NCBJ jest w stanie we współpracy z cyklotronem Środowiskowego Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego pokryć zapotrzebowanie położonych w pobliżu ośrodków medycznych. Teraz jednak naukowcy z NCBJ czekają na własny cyklotron, gdzie będą mogli bombardować większe tarcze. Jednocześnie prowadzą badania nad izotopami, które są mniej efemeryczne niż technet-99 m: miedź-64, cyrkon-89, astat-211 czy aktyn-225

Eureka! DGP

Trwa piąta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.