Isotope production in dones: Exhaustive analysis of different isotopes and preliminary design of their industrial production
- Autores: María Elena López Melero
- Directores de la Tesis: Antonio Javier Praena Rodríguez (dir. tes.), Eduardo Severino Romero Sanz (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2025
- Idioma: inglés
- ISBN: 9788411958981
- Número de páginas: 264
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Ángel Morcillo Alonso (presid.), Ignacio Porras Sánchez (secret.), Silva Bortolussi (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física y Ciencias del Espacio por la Universidad de Granada
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
- español
La Medicina Nuclear engloba una parte importante de las aplicaciones médicas de las radiaciones ionizantes, basándose en el uso de radioisótopos como fuentes de radiación y permitiendo el diagnóstico y tratamiento médico de las principales enfermedades con mayor impacto social [1].
En los últimos años, la Medicina Nuclear ha presentado grandes avances gracias a la investigación de nuevas dianas moleculares permitiendo una medicina más personalizada y de precisión, en las que las dosis administradas son seguras y efectivas, con toxicidad mínima en el tejido sano circundante, coste rentable y efectos secundarios leves. La investigación y desarrollo en Medicina Nuclear supone un cambio especialmente significativo en el tratamiento de estadios más precoces de enfermedades oncológicas.
Hoy en día se realizan más de 50 millones de procedimientos de Medicina Nuclear al año en todo el mundo, y esta cifra aumenta constantemente. Más de 10,000 hospitales de todo el mundo utilizan radioisótopos, y alrededor del 90 % de los procedimientos son para diagnóstico por imagen. El radionucleido más utilizado en diagnóstico es el 99mTc. Se calcula que se utiliza en casi el 85 % de los diagnósticos por imagen SPECT, lo que corresponde a unos 40 millones de estudios de pacientes al año [2].
Otros radioisótopos de alto interés clínico son los denominados radioisótopos emergentes, definidos por el OIEA como aquellos cuya capacidad para mejorar las aplicaciones médicas ha quedado demostrada, pero cuyo uso aún no se ha estandarizado, como es el caso del radioisótopo emisor de electrones Auger, 165Er, o los denominados radioisótopos teragnósticos, utilizados para procedimientos simultáneos de pruebas diagnósticas por imagen y terapia haciendo uso de un único radiofármaco. El novedoso radioisótopo 177gLu, emisor de fotones gamma detectable mediante técnica SPECT y, a su vez, emisor de partículas beta para terapia, es hasta el momento uno de los radioisótopos teragnósticos más relevantes y prometedores.
En la actualidad el concepto de teragnosis ya se está implementado en clínica [3, 4], permitiendo un enfoque más completo de la gestión de la enfermedad, dado que el diagnóstico mediante imágenes puede ofrecer varias funciones simultáneas: valoración de la enfermedad, monitorización y selección del tratamiento de forma más eficaz, seleccionando a los pacientes que más se beneficiarían de ciertas intervenciones terapéuticas, al tiempo que se reducen o eliminan tratamientos innecesarios. Además, esta terapia combina la alta potencia citotóxica de las partículas beta con la especificidad de moléculas dirigidas a dianas moleculares, ofreciendo una opción terapéutica prometedora para casos donde otros tratamientos han fallado.
Sin embargo, la consolidación de esta estrategia clínica requiere de una red de producción de radioisótopos sólida que garantice el suministro mundial de agentes teragnósticos, emergentes o convencionales para satisfacer la creciente demanda de radionucleidos terapéuticos y de diagnóstico en nuestros hospitales.
Los radioisótopos utilizados en Medicina Nuclear son producidos bombardeando nucleidos estables con partículas cargadas, fotones o neutrones, para producir reacciones nucleares, ya sea en reactores nucleares o en aceleradores (linacs, sincrotrones, ciclotrones, etc.). Estas dos tecnologías, junto con los generadores de radionucleidos, son las principales formas de abastecimiento de radionucleidos médicos en los hospitales, y deben considerarse complementarias y no competitivas.
Dentro de este marco tecnológico, la futura instalación International Fusion Materials Irradiation Facility - Demo Oriented NEutron Source (IFMIF-DONES) será una infraestructura científica única en el mundo donde se ensayarán, validarán y cualificarán los materiales que se utilizarán en los futuros reactores nucleares de fusión. Además de su relevancia para el desarrollo de la fusión como fuente de energía, también será muy importante en otras áreas de investigación y conocimiento que se beneficiarán de su infraestructura, como la medicina, la física de partículas, la industria, etc. En diciembre de 2017, Fusion for Energy (F4E) valoró positivamente la propuesta conjunta de España y Croacia para ubicar IFMIF-DONES en Escúzar (Granada) [5].
El acelerador lineal de alta intensidad y última generación, IFMIF-DONES, podrá acelerar deuterones hasta una energía de 40 MeV y una corriente de 125 mA. Estas partículas cargadas golpearán un blanco de litio líquido produciendo neutrones a través de la reacción nuclear de producción D+ + 7Li, contenida dentro de la célula de prueba (Test Cell) [6]. Se espera generar un alto flujo de neutrones rápidos con un pico amplio entre 14 - 20 MeV de energía en su espectro neutrónico.
Las características únicas de la instalación permitirán desarrollar aplicaciones complementarias para la física fundamental y aplicada con un impacto mínimo en el normal funcionamiento de la instalación [7 - 10]. En el campo de la producción de radioisótopos, IFMIF-DONES facilitaría tanto las posibilidades de producción con haces de deuterones como con el flujo residual de neutrones dentro de la celda de prueba. Para este fin, se estudiará de forma exhaustiva la viabilidad de producción de algunos de los radioisótopos más relevantes en la clínica actual - 99Mo/99mTc, 165Er y 177Lu -, así como su adaptación realista de producción, considerándose algunas mejoras en el diseño del acelerador para la correcta implementación de esta aplicación complementaria relevante para el campo de la Medicina Nuclear.
- English
Nuclear Medicine covers an important part of the medical applications of ionising radiation, based on the use of radioisotopes as radiation sources and allowing the diagnosis and medical treatment of the main diseases with the greatest social impact. Radioisotopes used in Nuclear Medicine are produced by bombarding stable nuclei with charged-particles, photons or neutrons, to induce the required nuclear reactions, and take place in nuclear facilities such as fission reactors or particle accelerators (Linacs, synchrotrons, cyclotrons, etc.). These technologies, together with radionuclide generators, are the main supply routes for medical radioisotopes in hospitals and should be seen as complementary and non-competitive. The state-of-the-art, high-intensity linear accelerator, IFMIF-DONES, will be able to accelerate deuterons up to 40 MeV of energy and 125 mA of current. The charged-particle beam will strike a liquid lithium target producing neutrons through the nuclear production reaction D+ + 7Li, contained inside the Test Cell, producing a fast neutron flux of 1014 n/cm2/s with a broad peak between 14 − 20 MeV in its neutron spectrum. In the framework of radioisotope production, IFMIF-DONES would allow radioisotope production by deuteron- induced and neutron-induced nuclear reactions, the latter thanks to the residual neutron flux inside the Test Cell behind the High Flux Test Module. In the content of this thesis, the production feasibility of 165Er, 177Lu and 99Mo/99mTc, some of the most relevant radioisotopes in the current clinic is analysed in an exhaustive and detailed study, as well as their realistic production within the facility, considering some updates in the design of the accelerator for the correct implementation of this relevant complementary application in the field of Nuclear Medicine. Finally, this thesis has been closed with a practical case of application in the field of Nuclear Medicine. Specifically, an experimental radiopharmaceutical radiolabelled with 177Lu has been evaluated in an animal model to define its preclinical possibilities for a potential translational research from the field of targeted radionuclides therapies to other therapeutic strategies.
- español
