Astat ist eines der am wenigsten erforschten Elemente des Periodensystems, da alle Isotope von Astat instabil sind und die längste Halbwertszeit kaum mehr als 8 Stunden beträgt. Daher haben nur Radiochemiker in den Produktionsanlagen (weltweit begrenzt) Zugang zu diesem Element, um seine Eigenschaften zeitnah zu untersuchen. Die meisten dieser Isotope unterliegen einem Alphazerfall. Bei dieser Art des radioaktiven Zerfalls werden Alphateilchen freigesetzt, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen. Diese Alphateilchen können erkrankte Zellen im Körper gezielt angreifen und zerstören.
Ein Isotop, Astat-211 (At-211, mit einer Halbwertszeit von 7,2 Stunden), gehört zu den vielversprechendsten Alphastrahlern für die Krebstherapie. In der Forschung veröffentlicht im Zeitschrift für Chemieingenieurwesenhaben Wissenschaftler das Verhalten von Astat bei der Interaktion mit Ionenaustausch- und Extraktionschromatographieharzen untersucht und erklärt. Ionenaustausch- und Extraktionsharze können radioaktive Isotope selektiv isolieren und reinigen, um sie für die Verwendung als Krebstherapie verfügbar zu machen.
Im Rahmen der Forschung wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Harze untersucht, um die Trennung und Reinigung von At-211 zu optimieren. Zudem wurden grundlegende chemische Parameter ermittelt, die für die Stärke der Bindung von At-211 an verschiedene Extraktions- und Ionenaustauscherharze verantwortlich sind.
Die gezielte Alpha-Therapie (TAT) ist eine der wirksamsten Krebsbehandlungen. Sie nutzt die Fähigkeit von Alphateilchen, großen Schaden in der Nähe einer Tumorzelle anzurichten, während das umliegende Gewebe praktisch intakt bleibt. Die Alpha-Therapie ist außerdem effizient: Ein Alphateilchen mit kurzer Reichweite kann Tumorzellen genauso viel Schaden zufügen wie 10.000 Betateilchen mit längerer Reichweite.
At-211 ist derzeit ein vielversprechendes Radionuklid für TAT. Eine der Herausforderungen für TAT besteht darin, das radioaktive Material gezielt an eine Tumorstelle zu bringen. Da Astat einige metallische und einige nichtmetallische Eigenschaften aufweist, kann es sich anders verhalten als andere verwandte Halogene im Periodensystem und je nach Oxidationszustand eher wie ein Radiometall reagieren.
Die neuen Erkenntnisse zu den chemischen Eigenschaften von At-211 im Rahmen dieser Forschung helfen den Wissenschaftlern zu verstehen, wie es sich an ein Zielmolekül bindet und ermöglichen so die Optimierung seiner radioaktiven Markierung für TAT.
At-211 ist über das Department of Energy Isotope Program (DOE IP) erhältlich. Als Teil des DOE IP University Isotope Network ist das Texas A&M K150-Zyklotron in der Lage, medizinisch relevante Mengen an At-211 zu produzieren und es über Nacht an nahegelegene Einrichtungen zu liefern.
In dieser Studie untersuchten und erklärten Forscher das Verhalten von At-211 bei seiner Wechselwirkung mit handelsüblichen Ionenaustausch- und Extraktionschromatographieharzen. Diese Harze bestehen aus organischen Kugelperlen mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen. Die chemische Wechselwirkung von At-211 mit einer dieser Gruppen führt zur Bildung von Bindungen zwischen ausgewählten Analyten.
Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Stärke der Bindung von At-211 an Moleküle mit einer Vielzahl funktioneller Gruppen. Die Forscher führten die numerische Abschätzung der Stärke mithilfe einer mathematischen Modellierung möglicher chemischer Prozesse an der Grenze zwischen flüssiger wässriger und fester organischer Phase durch. Dieses Wissen hilft bei der Planung und Optimierung von Radiomarkierungsverfahren für eine effiziente TAT-Medikamentenentwicklung.
Das Verständnis der grundlegenden chemischen Eigenschaften von At ist von entscheidender Bedeutung für die Feinabstimmung von Parametern, die zu einer effizienten Anwendung von TAT-Medikamenten und einer zuverlässigen Abgabe von At-211-haltigen Molekülen an Tumorzellen führen.
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Evgeny E. Tereshatov et al, Mechanismus der Astat- und Wismutsorption auf Extraktionschromatographieharzen aus Salpetersäuremedien, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.142742