Радионуклиды для медицины: Павел Буткалюк о производстве изотопов и перспективах радиохимии

Сотрудники Государственного научного центра — Научно-исследовательского института атомных реакторов (ГНЦ НИИАР), входящего в Научный дивизион госкорпорации «Росатом», активно вовлечены в решение задач российской и мировой ядерной науки и медицины. Так, в Димитровграде специалисты радиохимического комплекса института производят радионуклиды для медицинских препаратов, которые применяют при диагностике и лечении онкологических заболеваний. Об этом мы уже начали рассказывать в материале «Современная радиохимия в Димитровграде».

Сегодня предлагаем узнать, как создают производства изотопов и источников ионизирующих излучений. А также о том, как разрабатывают методы очистки и анализа препаратов, обеспечивая высокие стандарты безопасности и эффективности. Об актуальных исследованиях и перспективах радиохимии Наука.РФ рассказал Павел Буткалюк, старший научный сотрудник радиохимической лаборатории отделения радионуклидных источников и препаратов ГНЦ НИИАР.

— Павел, какие обстоятельства определили Ваш выбор профессии?

 — Первые эксперименты я начал проводить еще до школы, а в восьмом классе у меня на подоконнике появилась своя лаборатория с пробирками, спиртовкой и реактивами. Иногда результатами моих опытов становились прожженные занавески или короткое замыкание, так как я проводил эксперименты по электролизу. Тогда я обращался к книгам, чтобы понять и устранить причины своих неудач, определял, что нужно было поменять в условиях эксперимента. Сначала появились успехи в олимпиадах, а позже я без экзаменов поступил в МГУ им. М. В. Ломоносова. Выбрав радиохимию, я планировал работать в области радиоэкологии. Думал, что буду ездить по стране, анализировать на содержание радионуклидов пробы воды и почвы, разработаю новые методики анализа.

— А почему изменили свои планы?

 — В 2007 году к нам в университет приехал читать лекцию представитель ГНЦ НИИАР Кузнецов Ростислав Александрович, который рассказал нам про радионуклиды медицинского назначения. И я решил, что это именно та сфера, где я мог бы применить полученные знания и навыки.

— Расскажите, пожалуйста, какие исследования ведет Ваша лаборатория?

 — Наше отделение производит огромное количество разнообразных радионуклидов, например, изотопы йода (¹³¹I, ¹²⁵I), молибдена (⁹⁹Mo), стронция (⁸⁹Sr), вольфрама (¹⁸⁸W), лютеция (¹⁷⁷Lu), а c недавнего времени — радия (²²³Ra), тория (²²⁷Th) и актиния (²²⁵Ac). В тестовом режиме поставляем торий (²²⁸Th), были отдельные эксперименты с иттрием (⁹⁰Y), радием (²²⁴Ra) и другими радионуклидами.

— Как связаны Ваши разработки с ядерной медициной?

 — Мы производим радионуклидные препараты медицинского назначения — это сырье для радиофармацевтических препаратов. Производство самих радиофармпрепаратов требует соответствующих лицензий, а также специальных условий для их изготовления и фасовки. В составе радиофармпрепарата, помимо радионуклида, присутствуют другие компоненты: вещества, доставляющие радионуклид в орган или к определенному виду клеток, и вспомогательные вещества, обеспечивающие нужную кислотность и осмотическое давление.

— Все эти компоненты включают в состав уже изготовители радиофармпрепаратов?

 — Да, они также проводят стерилизацию, разбавление до требуемой концентрации и конечную фасовку в потребительскую упаковку. Так как мы поставляем продукцию оптом: из одного нашего «флакона» можно получить десятки или сотни доз препарата, предназначенных для потребителей в разных городах или даже странах.

— Как внедрение радиофармпрепаратов влияет на современные методы диагностики и терапии онкологии?

 — Для радионуклидной диагностики мы производим, например, изотоп молибдена (⁹⁹Mo), из которого наши заказчики делают генераторы изотопа технеция (^99mТс). Его используют для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Такие методы позволяют выявить заболевания на ранних стадиях, своевременно начать лечение и наблюдать за ходом терапии. Здесь сложно переоценить влияние радиофармпрепаратов, а относительно лечения — тут все зависит от вида опухоли и стадии заболевания.

Производство генераторов технеция 99m в АО «НИФХИ им Л.Я. Карпова»

— А над чем еще, кроме «сырья» для радиофармпрепаратов, Вы работаете?

 — Мы производим также источники ионизирующих излучений для медицинских изделий или сырье для изготовления таких источников. В отличие от радиофармпрепаратов, источники отделены герметичной оболочкой, и радионуклиды не поступают в кровь пациента. Это могут быть источники для контактной терапии, например, изотоп цезия (¹³¹Cs) для лечения рака предстательной железы или такие аппликаторы, как изотоп рутения (¹⁰⁶Ru), для лечения опухолей глаза. А могут быть источники для дистанционной терапии. Так, изотоп кобальта (⁶⁰Co) применяют для установки «гамма-нож» для стереотаксической радиохирургии, ее используют для неинвазивного лечения заболеваний мозга. Другой изотоп — калифорний (²⁵²Cf), он нужен для установки «нейтронный нож», воздействующей на опухоли внутри полых органов.

— Какие инновационные технологии разрабатывает Ваша лаборатория?

 — В нашем институте мне удалось поучаствовать в создании производств изотопов никеля (⁶³Ni), стронция (⁸⁹Sr), цезия (¹³¹Cs) и калифорния (²⁵²Cf). Задача нашей лаборатории заключалась в том, чтобы разработать технологию выделения и очистки целевого радионуклида из облученных мишеней. А еще мы разрабатываем методы определения следовых количеств примесей в конечной продукции, что необходимо для обеспечения безопасности и соответствия установленным стандартам. Если говорить о других радионуклидах, таких как йод (¹³¹I) и молибден (⁹⁹Mo), то здесь меня привлекали к решению отдельных задач, возникавших на уже существующем производстве. Из тех проектов, в которых я сейчас участвую, самым интересным для меня стало создание технологии производства альфа-излучателей медицинского назначения.

— При производстве альфа-излучателей какие методы Вы применяете?

 — Мы работаем с целым классом препаратов, включающим в себя изотопы свинца (²¹²Pb), радия (²²⁴Ra, ²²³Ra), тория (²²⁷Th), висмута (²¹³Bi) и актиния (²²⁵Ac). Их объединяет то, что они могут быть получены из одного сырья — природного радионуклида радия (²²⁶Ra) после облучения в реакторе. Какие-то радионуклиды мы можем получить непосредственно у себя в институте (²²⁷Th, ²²³Ra, ²²⁵Ac), а другие радионуклиды имеют слишком малый период полураспада. Поэтому мы по договоренности с заказчиками поставляем не сам радионуклид, а его материнский, то есть тот, который в него распадается. Например, ²²⁸Th, из которого наши заказчики сами производят ²¹²Pb.

— А в какой области находят практическое применение Ваши разработки?

 — На основе этих радионуклидов создают препараты для лечения онкологических заболеваний. Они актуальны для терапии, когда речь идет о костных метастазах, раке предстательной или молочной железы, нейроэндокринных опухолях и раке кожи. В 2022 году мы запустили участок для производства ²²³Ra и ²²⁷Th, а в 2023 году — для производства ²²⁵Ac, это ключевое достижение последних трех лет. Сейчас делаем тестовые поставки ²²⁸Th и ведем эксперименты с ²²⁴Ra. Есть планы запуска нового участка, но это уже работа не для отдельного подразделения, участвует весь институт: от физиков до строителей. На данном этапе задача нашей лаборатории — создание новой радиохимической технологии.

— То есть Ваши разработки уже ввели в клиническую практику?

 — Безусловно, большинство препаратов уже применяется, в этом мы и видим смысл нашей работы. В основном для нас взаимодействие с медицинскими организациями сводится к согласованию требований по составу препарата. Наша задача — исключить влияние примесей на результаты лабораторных экспериментов, а в будущем на здоровье пациентов.

— Какие сложности возникают у Вашей лаборатории при создании новых препаратов?

 — Медики предъявляют очень высокие требования к содержанию радионуклидных и нерадиоактивных примесей. В некоторых случаях необходима очистка от какой-нибудь примеси в миллионы раз, при этом нужно обеспечить высокий выход целевого радионуклида, так как он имеет высокую стоимость. Большинство радионуклидов медицинского назначения имеет малые периоды полураспада — буквально считанные дни, поэтому очистка должна быть не только эффективной, но и быстрой. После разработки необходимого метода очистки нужно еще и подтвердить, что препарат соответствует критериям требуемой чистоты. Далее мы разрабатываем методы анализа, и этот процесс иногда занимает даже больше времени, чем сама очистка.

— Вы могли бы назвать направления исследований в радиохимии, которые считаете наиболее перспективными?

 — Если в области разработки новых препаратов, то мне интересны работы по клиническому испытанию препаратов на основе ²²⁷Th. Я считаю, что тут можно получить препараты с уникальными свойствами. Дело в том, что свойства тория позволяют связать его в прочные комплексы и доставить в требуемые клетки. А в организме торий распадается с образованием ²²³Ra, который накапливается в костных метастазах и разрушает их. То есть получится препарат, который будет воздействовать сразу на основную опухоль и на ее метастазы. Доклинические исследования таких препаратов проходят в московском Федеральном медицинском биофизическом центре им. А. И. Бурназяна и в Российском научном центре радиологии и хирургических технологий им. академика А. М. Гранова в Санкт-Петербурге.

— Насколько интересны для Вас опыт и открытия ученых из других научных организаций в области радионуклидов?

 — Как пример того, что лично меня заинтересовало в последнее время, приведу работы израильской компании, которая предложила нестандартный подход к терапии рака кожи лица и шеи. Они предлагают использовать аппликаторы с ²²⁴Ra, которые они делают таким образом, что радий на них удерживается, а образующийся при его распаде радон выходит из аппликаторов и растворяется в межклеточной жидкости. Именно его распад и приводит к гибели злокачественных клеток. Думаю, что сегодня любой ученый не только глубоко погружается в свои исследования, но и активно взаимодействует со своими коллегами, пристально следит за открытиями других ученых, мониторит их достижения и новые идеи. Без этого был бы невозможен прогресс, иначе наши исследования давно потеряли бы свою актуальность и эффективность.

— При Вашем напряженном графике остается ли у Вас свободное время?

 — Да, конечно, из активных занятий мне особенно нравится дайвинг в море, а иногда я просто ныряю с маской в реке. В прошлом году я сдал экзамены на сертификат продвинутого дайвера и теперь имею право погружаться с аквалангом на глубину до 40 метров. Зимой я обожаю заниматься горнолыжным спортом, но поскольку в Димитровграде нет гор, мы с семьей обычно отправляемся на Урал, а в следующем году планируем поездку на Алтай. Если говорить о более спокойных увлечениях, то мне нравится разрабатывать настольные игры, собираюсь издать одну из них официально. Остается немного скорректировать уровень сложности игры, чтобы выйти на широкую аудиторию. Думаю, что нужно обязательно уделять время не только работе, но и своим любимым занятиям, особенно во время отпуска. Это позволяет сохранять баланс и достигать успеха во всех сферах жизни!

Беседовала Светлана Минеева