Universität zu Köln

Nicht-Standard-Radionuklide werden in der Nuklearmedizin häufig diskutiert, da ihre Zerfallseigenschaften diagnostische oder therapeutische Lücken schließen können, die durch etablierte Radionuklide nur unzureichend abgedeckt werden. Ihre translationale Bedeutung ergibt sich jedoch nicht allein aus günstigen nuklearen Eigenschaften, sondern erst daraus, ob Produktion, Kontrolle radionuklidischer Verunreinigungen, Aufarbeitung, analytische Charakterisierung und nachfolgende Radiochemie experimentell zuverlässig umgesetzt werden können. Diese Arbeit untersucht diese Fragestellung anhand zweier komplementärer Fallbeispiele: 72As als längerlebiger Positronenemitter, dessen praktische Relevanz durch belastbaren Produktions- und Zerfallsdaten zu bestätigen ist, sowie 211At als Radionuklid für die gezielte Alphatherapie, dessen breitere Anwendung bisher vor allem durch die fehlende Robustheit der gesamten Prozesskette begrenzt wird. Der 72As-Teil untersucht, wie ein vielversprechendes Nicht-Standard PET-Radionuklid bewertet werden muss, bevor ein weitergehender Einsatz sinnvoll diskutiert werden kann. Neben Halbwertszeit und Positronenemission wurden mehrere geladene-Teilchen-induzierte Produktionsrouten hinsichtlich Anregungsfunktionen, integrierte Ausbeuten dicker Targets, zugänglicher Energiefenster und Verunreinigungsbildung untersucht. Die direkte protonen-induzierte Produktion über angereichertes 72Ge, die α-induzierte Produktion an angereichertem 69Ga sowie die indirekte Bildung über 72Se über die 75As(p,4n)-Reaktion wurden als komplementäre Routen mit unterschiedlichen praktischen Einschränkungen bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass nicht die isoliert höchste Ausbeute entscheidend ist, sondern ein praktikabler Kompromiss zwischen Ausbeute, radionuklidischer Reinheit, Targetverfügbarkeit und Kontrolle der Strahlenergie zu gewährleisten ist. Besondere Einschränkungen ergeben sich durch die Bildung von 71As bei der direkten 72As-Produktion sowie von 75Se bei der indirekten 72Se/72As-Route. Ergänzend wurden radiometrische Methoden eingesetzt, um zu prüfen, ob die für PET-Anwendungen relevanten Zerfallsdaten von 72As mit den bekannten Literaturdaten übereinstimmt. Das beobachtete Zerfallsverhalten stimmte mit den Literatur-bekannten Daten gut überein und unterstützt die Verwendung etablierter Positronenemissionsintensitäten für quantitative Auswertungen. Der 211At-Teil zeigt, dass die Translation eines therapeutischen α-Emitters nicht durch einen einzelnen Prozessschritt begrenzt wird, sondern durch das Zusammenspiel von Targetry, Strahlenergiekontrolle, radiochemische Abtrennung, analytischer Zuverlässigkeit und chemischer Reaktivität von 211At nach Isolation. Die Produktion von 211At an Bismut-Targets bei hohen Strömen erfordert eine sorgfältige Kontrolle der Targetpräparation, des thermischen Kontakts der Bi-Schicht mit der Targethalterung, der Strahlgeometrie, der Kühlung und der effektiven α-Teilchenenergie. Unter geeigneten Bedingungen konnte eine stabile, produktionsrelevante Bestrahlung erreicht werden, wobei das Verhältnis von Ausbeute und Reinheit weiterhin durch die Konkurrenz zwischen der Bildung von 211At und der energieabhängigen Produktion von 210At, dem Vorläufer des langlebigen 210Po, bestimmt wurde. Unter den untersuchten radiochemischen Abtrennungsmethoden erwies sich die Trockendestillation unter den gewählten Bedingungen als robustestes Verfahren, da sie reproduzierbaren Transfer, einfache Handhabung und Astat-Fraktionen mit hoher chemischer Reaktivität verband. Eine optimierte Abscheidung in PTFE-basierten Kühlfalle unter optimierten Trägergasbedingungen lieferte eine Rückgewinnung von 80,4 ± 0,4%. Alternative kamen die Flüssig-Flüssig-Extraktione und adsorptive Ansätze zum Einsatz, die bestätigten, dass 211At über verschiedene chemische Wege isoliert werden kann. Diese alternativen Methoden zeigten jedoch auch, dass die Rückgewinnungsausbeute allein kein ausreichendes Maß für die Prozessqualität darstellt. Etablierte RP-HPLC- und DC-Methoden zeigen, dass sich mit diesen Methoden die Menge an nicht reaktivem („freiem“) Astat nicht quantitativ bestimmen lässt. Aufgrund von Adsorption, Tailing, Umverteilung, volatilitätsbedingten Verlusten und nicht geträgertem Verhaltens wurde keine verlässlichen Ergebnisse erhalten. Auch Proof-of-Principle-Markierungen von 211At zu 4-[211At]At-phenylalanin zeigten darüber hinaus, dass die radiochemische Abtrennungsmethode erheblichen Einfluss auf die Reaktivität des isolierten 211At hatte. Zusammengefasst zeigen diese Untersuchungen, dass Nicht-Standard-Radionuklide entlang der gesamten Translationskette bottleneck-spezifisch validiert werden müssen. Für 72As sind robuste Produktionsmethoden und präzise Bestimmung der Zerfallsdaten entscheidend für eine breite Anwendung dieses PET-Nuklids in der medizinischen Praxis. Für 211At hängen praktische Implementierung und radiochemische Nutzbarkeit von reproduzierbarer Targetperformance, kontrollierter Trennchemie, validierter Analytik, Markierungskompatibilität und operationeller Handhabbarkeit ab. Diese Arbeit zeigt damit, dass vielversprechende medizinische Radionuklide nicht nur anhand ihrer theoretischen nuklearen Eignung bewertet werden sollten, sondern anhand der experimentell belegten Vereinbarkeit von Produktion, Reinheit, Aufarbeitung, Charakterisierung und radiochemischer Anwendung.

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