Kontrola kvality eluátu 223Ra


Quality control of 223Ra eluate

Introduction:
The use of radionuclides plays an irreplaceable role in medicine. Their usage is under the control of Law on Pharmaceuticals and other regulations including standardized operational procedures. The quality control of the radionuclides always includes the radionuclidic purity test. For 223Ra (T1/2 = 11,435 days), it may be carried out by alpha and gamma spectrometry. Particular care have to be taken of long half-life nuclides, e.g. the 227Ac (T1/2 = 21,773 years) or the 227Th (T1/2 = 18,72 days).

Methods:
The 223Ra was eluted from 227Ac/227Th/223Ra generator (227Ac on an ion exchanger Dowex-1). The elution was carried out in optimal conditions (0,7M HNO3 and 80% MeOH) and in conditions that simulated the presence of radionuclidic impurities. Generator eluates were analyzed by alpha and gamma spectrometry and an alternative control method employing the 223Ra analysis by paper chromatography was tested. Measurement on NaI(Tl) crystal was performed with developed paper strips (TODGA impregnated paper Whatman-1, mobile phase 1M HNO3).

Results:
The purity of eluates was cross-checked by alpha and gamma spectrometry and by paper chromatography. The mixture of 227Ac/227Th/223Ra was successfully separated and measured on TLC scanner. In optimal elution conditions the 223Ra and its daughter nuclides (219Rn, 215Po, 211Pb) were detected. In the radionuclidic impurities simulated elution the 227Th was also detected. In both cases the levels of radionuclidic impurities did not exceed 3,5 %.

Conclusion:
The purity of 223Ra radionuclide in both types of conditions was higher than 96 %. These results were confirmed by all selected methods of analysis. The paper chromatography is suitable alternative method for 227Ac/227Th/223Ra mixtures separation and analysis. This method can be used for the determination of 223Ra radionuclidic purity after a simple validation.

Key Words:
223Ra, radionuclidic purity, spectrometry, paper chromatography, quality control


Autoři: Anna Bajzíková;  Ján Kozempel;  Martin Vlk;  Ekaterina Kukleva;  Petra Mičolová
Působiště autorů: Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, Katedra jaderné chemie, ČVUT v Praze, ČR
Vyšlo v časopise: NuklMed 2016;5:22-26
Kategorie: Původní práce

Souhrn

Úvod:
Využití radionuklidů má v medicíně nezastupitelnou roli. Jejich použití však podléhá Zákonu o léčivech a dalším předpisům, včetně standardizovaných výrobních postupů, které vždy zahrnují kontrolu radionuklidové čistoty. V případě 223Ra (T1/2 = 11,435 dne) je prováděna pomocí alfa a gama spektrometrie. Při provádění kontroly kvality je důležité věnovat pozornost zejména radionuklidům s dlouhým poločasem přeměny, např. 227Ac (T1/2 = 21,773 let) či 227Th (T1/2 = 18,72 dní).

Metoda:
223Ra bylo získáno z generátoru 227Ac/227Th/223Ra (227Ac na iontoměniči Dowex-1). Eluce byla prováděna jak za optimálních podmínek (0,7M HNO3 a 80% MeOH), tak i podmínek simulujících přítomnost radionuklidových nečistot. Eluáty byly analyzovány pomocí alfa a gama spektrometrie. Jako alternativní metoda kontroly kvality 223Ra byla vyvinuta metoda analýzy pomocí papírové chromatografie (TODGA impregnovaný papír Whatman-1, mobilní fáze 1M HNO3) a následného proměření na NaI(Tl) krystalu.

Výsledky:
Čistota eluátu byla ověřena alfa a gama spektrometrií a pomocí papírové chromatografie. Směs 227Ac/227Th/223Ra byla úspěšně rozdělena na jednotlivé složky, proměřena na TLC skeneru a následně rozstříhána a stanovena čistota eluátů. Za optimálních elučních podmínek bylo detekováno 223Ra a jeho dceřiné nuklidy (219Rn, 215Po, 211Pb). Při změně podmínek pak bylo detekováno i 227Th. Ani v jednom případě však aktivita nečistot nepřesáhla 3,5 %.

Závěr:
Eluáty 223Ra získané za obou typů podmínek měly radionuklidovou čistotu vyšší než 96 %. Zvolené analytické metody vzájemně potvrdily stanovené výsledky. Lze tedy konstatovat, že papírová chromatografie je pro separaci a analýzu složení směsi 227Ac/227Th/223Ra vhodnou alternativní metodou a po následné validaci je použitelná pro kontrolu radionuklidové čistoty preparátů 223Ra.

Klíčová slova:
223Ra, radionuklidová čistota, spektrometrie, papírová chromatografie, kontrola kvality

Úvod

223Ra (T1/2 = 11,435 dní) 1 jako jeden z produktů rozpadové řady 227Ac/227Th/223Ra (Obr. 1) je v poslední době využíváno v nukleární medicíně. Přeměnou 223Ra nedochází pouze k emisi jedné alfa částice a odraženého atomu, ale díky následným přeměnám jeho dceřiných produktů (Obr. 1) dochází k uvolnění kaskády několika alfa částic. 223Ra emituje 95,3 % energie ve formě alfa částic (energetické rozmezí 5,0–7,5 MeV), 3,6 % jako beta částice (průměrné energie jsou 0,445 MeV a 0,492 MeV) a 1,1 % jako gama záření (rozmezí energie 0,01–1,27 MeV). 2 Pod komerčním označením Xofigo® je dodáván 223RaCl2, který je schváleným radiofarmakem jak Food and Drugs Administration (FDA) 3 a European Medicines Agency (EMA) 4, tak i Státním ústavem pro kontrolu léčiv (registrován od 11/2013, dostupný od 8/2014). 2 Léková forma přípravku je injekční roztok dodávaný v balení 1 x 6 ml, aplikován injekčně v šesti opakováních po čtyřech týdnech, jednotlivá dávka představuje 50 kBq/kg. 2 Přípravek je používán pro paliativní léčbu kostních metastáz při karcinomu prostaty. 5 Díky analogii 223Ra2+ s ionty Ca2+ dochází k jeho distribuci na trámčitý povrch kostí. Zde je pozorována vyšší retence 223Ra právě v oblastech tumorů, kde alfa částice mohou efektivně zasáhnout rakovinové buňky. 4,5 Jedním ze zdrojů 223Ra je 227Ac/227Th/223Ra generátor. 6,7

Rozpad <sup>227</sup>Ac na <sup>207</sup>Pb.
Obr. 1. Rozpad <sup>227</sup>Ac na <sup>207</sup>Pb.

Využití radionuklidů v medicíně, jak v diagnostice (PET, SPECT), tak i v terapii, upravuje Zákon o léčivech (378/2007 Sb.) 8 společně s vyhláškami Státního ústavu pro kontrolu léčiv (Správná laboratorní praxe, SLP-8 9; Výroba léčiv, VYR-40 10, také vyhláška SÚJB o radiační ochraně 307/2002 Sb. 11 a další). Mezi sledované parametry radionuklidových preparátů patří zejména radiochemická a radionuklidová čistota, která vždy podléhá procesní kontrole u výrobce. Radionuklidová čistota je v Českém lékopise (2009) definována jako poměr radioaktivity daného radionuklidu k celkové aktivitě radiofarmaka a je vyjadřována v procentech. 12 Radiochemická čistota je definována jako poměr aktivity daného radionuklidu v dané chemické formě a celkové aktivity tohoto radionuklidu. Též se vyjadřuje v procentech. 12 Radionuklidová čistota bývá stanovována po eluci radionuklidu z generátoru s využitím gama i alfa spektrometrie, kapalinové scintilační spektrometrie, ale také kombinací spektrometrických technik s vhodnou separační metodou (nejčastěji chromatografie). 12 Aby radiofarmakum mohlo být využito, nesmí celkové množství aktivity gama záření nečistot přesáhnout hodnotu uvedenou v Českém lékopise (2009). Tyto hodnoty se liší pro každé radiofarmakum, avšak pro 223Ra tato hodnota není stanovena Českým lékopisem ani EMA či FDA. 3,4,12 Jako majoritní radionuklidové nečistoty se mohou v eluátu z radionuklidového generátoru nacházet hlavně mateřské nuklidy 227Ac (T1/2 = 21,773 let) a 227Th (T1/2 = 18,72 dne). Průběh separace 223Ra od 227Th a 227Ac byl popsán chromatografií na hydrofobizovaném papíře impregnovaném N,N,N´,N´-tetraoktyldigylokolamidem. 13 (Obr. 2) V kombinaci s gama a alfa spektrometrií poukazujeme na potenciální využití papírové chromatografie s modifikovanou stacionární fází jako validovatelné metody pro stanovení radionuklidové čistoty 223RaCl2. Uvedená metoda by tak mohla být využívána přímo na pracovištích nukleární medicíny pro stanovení radionuklidové čistoty 223RaCl2 a to i bez použití gama spektrometrie.

N,N,N´,N´-tetraoktyldigylokolamid (TODGA).
Obr. 2. N,N,N´,N´-tetraoktyldigylokolamid (TODGA).

Metody a chemikálie

Pro experimenty byly použity následující chemikálie: N,N,N´,N´-tetraoktyldigylokolamid (TODGA, připravený v naší laboratoři), HNO3 (65%, p. a., Lachner), methanol (MeOH) (99,5%, p.a., Lachner), NaCl (p.a., Lachner) a 227Ac (vzorek komerčního preparátu, Amersham, UK).

223Ra bylo získáno elucí z generátoru 227Ac/227Th/223Ra. Roztok radionuklidu 227Ac (ve formě dusičnanu) byl sorbován na iontoměnič Dowex-1 s 0,7M HNO3 v 80% methanolu podle Gusevy a kol. 7 Získané frakce byly analyzovány pomocí papírové chromatografie, alfa a gama spektrometrie.

Gama spektra byla měřena na mnohokanálovém analyzátoru (Ortec 919 Spectrum Master propojeným s řídícím programem Maestro v PC) a koaxiálním polovodičovým detektorem HPGe (Princeton Gamma Technologies) v rozmezí energií fotonů 0-2000 keV. Jednotlivé vzorky nebyly před měřením nijak upravovány.

K měření alfa spekter byl využit alfa-spektrometrický systém Octete (Ortec, USA). Před samotným měřením byly vzorky naneseny odpařením příslušného alikvotu (10 μl) na kovovou podložku.

Ke stanovení radionuklidové čistoty pomocí papírové chromatografie byly využity papíry Whatman-1 impregnované N,N,N´,N´-tetraoktyldigylokolamidem (TODGA) jako stacionární fáze. Jako mobilní fáze byla využita 1M kyselina dusičná. 13 Chromatogramy byly po vysušení měřeny na plynovém proporcionálním detektoru AR-2000 (Bioscan) s čítacím plynem P10 (argon-methanová směs, Linde) propojeným přes sériové rozhraní s PC a SW WinScan. Podle získaných dat byly papíry rozstříhány na příslušné úseky (celkem 4 z každé separace, např. 0–3,5; 3,5–7; 7–14 a 14–20 cm měřeno od spodního okraje, startovní linie byla naznačena ve vzdálenosti 2 cm od spodního okraje) 13 a změřeny pomocí gama spektrometru.

Výsledky

Pro kontrolu kvality byly připraveny dva typy eluátu 223Ra v rozdílných podmínkách. První z nich byl získán za standardních podmínek elucí 0,7M HNO3 v 80% methanolu. U druhého byly standardní podmínky modifikovány přídavkem fyziologického roztoku NaCl, který simuluje přítomnost radionuklidových nečistot.

Radionuklidová čistota jednotlivých frakcí 223Ra získaného z 227Ac/227Th/223Ra generátoru byla nejdříve kontrolována pomocí alfa a gama spektrometrie. Výsledky pro eluáty získané v 0,7M HNO3 v 80% methanolu jsou uvedeny v Grafu 1. Z něj je patrné, že mateřské nuklidy 227Ac a 227Th zůstávají na koloně a v eluátu je přítomen pouze radionuklid 223Ra a jeho dceřiný nuklid 211Pb. V Grafu 2 jsou uvedeny výsledky pro eluáty získané v prostředí 0,7M HNO3 v 80% methanolu s přídavkem NaCl. Zde je vidět, že 227Ac zůstává na koloně a do roztoku se vedle 223Ra a 211Pb nepatrně uvolňuje i 227Th.

Eluční profil &lt;sup&gt;227&lt;/sup&gt;Ac, &lt;sup&gt;227&lt;/sup&gt;Th, &lt;sup&gt;223&lt;/sup&gt;Ra a &lt;sup&gt;211&lt;/sup&gt;Pb v prostředí 0,7M HNO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; v 80% MeOH.
Graf 1. Eluční profil <sup>227</sup>Ac, <sup>227</sup>Th, <sup>223</sup>Ra a <sup>211</sup>Pb v prostředí 0,7M HNO<sub>3</sub> v 80% MeOH.

Eluční profil &lt;sup&gt;227&lt;/sup&gt;Ac, &lt;sup&gt;227&lt;/sup&gt;Th, &lt;sup&gt;223&lt;/sup&gt;Ra a &lt;sup&gt;211&lt;/sup&gt;Pb v prostředí 0,7M HNO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; v 80% MeOH s NaCl.
Graf 2. Eluční profil <sup>227</sup>Ac, <sup>227</sup>Th, <sup>223</sup>Ra a <sup>211</sup>Pb v prostředí 0,7M HNO<sub>3</sub> v 80% MeOH s NaCl.

Celková radionuklidová čistota připraveného 223Ra byla stanovena na 100 % při použití 0,7M HNO3 v 80% MeOH. Při modifikaci prostředí bylo detekováno 227Th a 223Ra. Radionuklidová čistota 223Ra byla stanovena na 96,59 %. Přítomnost 211Pb v eluátech nebyla do výpočtu čistoty eluátu 223Ra zahrnuta, jelikož se jedná o dceřiný nuklid 223Ra. Přehled nejdůležitějších dat je uveden v Tab. 1.

Tab. 1. Procentuální zastoupení jednotlivých nuklidů v eluátech.
Procentuální zastoupení jednotlivých nuklidů v eluátech.
*n.d. – nebylo detekováno

Papírovou chromatografií směsi 227Ac, 227Th, 223R a 211Pb a následným měřením alfa a gama spekter bylo zjištěno, že 227Th zůstává na startu, 227Ac má retenční faktor přibližně 0,2, 211Pb přibližně 0,7 a 223Ra 0,9.

Alfa spektrometrie byla provedena těsně po ukončení chromatografie (Obr. 3) a hodinu po prvním měření (Obr. 4). Gama spektra byla měřena po ukončení měření alfa spekter několikrát v průběhu jedné hodiny. Změna celkové radioaktivity je zobrazena v Grafu 3. Ze získaných dat je patrné, že v čase dochází k poklesu radioaktivity 211Pb a k nárůstu radioaktivity 223Ra. Radioaktivita 227Th se v čase nemění.

Radiochromatogram získaný těsně po separaci.
Obr. 3. Radiochromatogram získaný těsně po separaci.

Radiochromatogram získaný hodinu po separaci.
Obr. 4. Radiochromatogram získaný hodinu po separaci.

Změna celkové radioaktivity v čase.
Graf 3. Změna celkové radioaktivity v čase.

Diskuze

Při eluci 223Ra 0,7M HNO3 v 80% methanolu bylo v jednotlivých frakcích detekováno pouze 223Ra. Při změně podmínek (0,7M HNO3 v 80% methanolu a NaCl) došlo k narušení rovnováhy sorpce radionuklidů na iontoměniči a v najímaných frakcích byl detekován i mateřský nuklid 227Th. Přesto však aktivita nečistot ani v jednom případě nepřesáhla 3,5 %. Pro eluci roztoku 223Ra je tedy vhodnější využít směsi 0,7M HNO3 v 80% methanolu.

Separace 227Ac, 227Th, 223Ra a 211Pb pomocí TODGA hydrofobizovaného chromatografického papíru korelovala s alfa a gama spektrometrií. Tuto metodu tedy lze využít ke stanovení radionuklidové čistoty.

Závěr

Směs 227Ac/227Th/223Ra byla úspěšně rozdělena pomocí papírové chromatografie na jednotlivé frakce. Proces separace je založen na extrakční chromatografii, kde stacionární fáze je modifikována N,N,N´,N´-tetraoktyldigylokolamidem a při vyvíjení v roztoku silné kyseliny tak dochází k vzájemné separaci 227Ac, 227Th a 223Ra, jejichž retenční parametry mohou být standardizovány. Čistota eluátu byla ověřena alfa a gama spektrometrií. Za optimálních elučních podmínek bylo detekováno 223Ra a jeho dceřiné nuklidy (219Rn, 215Po, 211Pb). Při změně podmínek pak bylo detekováno i 227Th. Přesto je však radionuklidová čistota 223Ra v obou případech vyšší než 96 %. Zvolené analytické metody vzájemně potvrdily stanovené výsledky. Lze tedy konstatovat, že papírová chromatografie je vhodnou alternativní metodou pro separaci a analýzu složení směsi 227Ac/227Th/223Ra a po následné validaci je použitelná pro kontrolu radionuklidové čistoty preparátů 223Ra ale i dalších preparátů a to i bez použití gama spektrometru přímo na pracovištích nukleární medicíny.

Poděkování:

Tato práce byla částečně podpořena grantem Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy č. LK21310, grantem Technologické agentury České republiky č. TA03010027 a grantem Českého vysokého učení technického v Praze č. SGS14/084/OHK4/1D/14.

jan.kozempel@fjfi.cvut.cz


Zdroje

1. WWW Table of Radioactive Isotopes: Nuclide search [online]. 1999. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nucSearch.asp

2. Státní úřad pro kontrolu léčiv: XOFIGO [online]. 2013. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: http://www.sukl.cz/modules/medication/detail.php?code=0194562&tab=info

3. FDA: Radium Ra 223 dichloride [online]. 2013. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: http://www.fda.gov/drugs/informationondrugs/approveddrugs/ucm352393.htm

4. EMA: Xofigo (radium Ra-223 dichloride) [online]. 2013. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: http://www.ema.europa.eu/ema/index.jsp?curl=pages/medicines/human/medicines/002653/human_med_001692.jsp&mid=WC0b01ac058001d124

5. Carrasquillo JA, O´Donoghue JA, Pandit-Taskar N et al. Phase I pharmacokinetic and biodistribution study with escalating doses of 223Ra-dichloride in men with castration-resistant metastatic prostate cancer. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2013;40:1384-1393

6. Shishkin DN, Krupitskii SV, Kuynetsov SA. Extraction Generator of 223Ra for Nuclear Medicine. Radiochemistry. 2011;53:404-406

7. Guseva LI, Tikhomirova GS, Dogadkin NN. An 277Ac-211Pb generator for test experiments of solution chemistry of element 114. J Radioanal Nucl Chem. 2004;260:167-172

8. Předpis č. 378/2007 Sb.: Zákon o léčivech a o změnách některých souvisejících zákonů (zákon o léčivech) [online]. 2007. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: http://www.zakonyprolidi.cz/cs/2007-378

9. Státní ústav pro kontrolu léčiv: Principy monitorování shody se zásadami správné laboratorní praxe [online]. 2015. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: http://www.sukl.cz/leciva/slp-6-verze-4

10. Státní ústav pro kontrolu léčiv: Informace o novém formátu povolení k výrobě a certifikátu správné výrobní praxe [online]. 2013. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: http://www.sukl.cz/leciva/vyr-40

11. Vyhláška Státního úřadu pro jadernou bezpečnost o radiační ochraně [online]. 2002. [cit. 2015-09-09]. Dostupné na: https://www.sujb.cz/fileadmin/sujb/docs/legislativa/vyhlasky/307_po_novele.pdf

12. Česko, Ministerstvo zdravotnictví, Český lékopis 2009 – doplňky 2010-2014. Grada. 2010

13. Kozempel J, Vlk M, Mičolová P, Bajzíková A. UV27591.Česká republika. 2014

Štítky
Nukleární medicína Radiodiagnostika Radioterapie
Kurzy Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu, se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se