1. El documento describe los componentes y funcionamiento de un reactor nuclear y un generador de radionucleidos Mo-99/Tc-99m. 2. Explica que un reactor nuclear controla una reacción nuclear en cadena para generar energía y un generador produce Tc-99m de corta vida a partir de Mo-99 de más larga vida mediante decaimiento. 3. Ambos son importantes para aplicaciones médicas e industriales ya que permiten obtener radionucleidos de forma segura y controlada.
2. REACTOR NUCLEAR
• Dispositivo donde se produve una reaccion
nuclear controlada .
• Donde se convierte materia en energia
3. • Es una instalación física donde
se produce, mantiene y
controla una reacción nuclear
en cadena. Por lo tanto, en un
reactor nuclear se utiliza un
combustible adecuado que
permita asegurar la normal
producción de energía
generada por las sucesivas
fisiones.
4. • El primer reactor construido en el mundo fue
operado en 1942, en dependencias de la
Universidad de Chicago (USA), bajo la atenta
dirección del famoso
investigador Enrico Fermi. De ahí el nombre
de “Pila de Fermi”, como posteriormente se
denominó a este reactor
6. 1. Nucleo 5. Vasija 9. Condensador
2. Barras de control 6. Turbina
10. Agua de
refrigeración
3. Generador de
vapor
7. Alternador
11. Contención de
hormigón
4. Presionador 8. Bomba
7. El Combustible:
• Material fisionable utilizado en cantidades
específicas y dispuesto en forma tal, que
permite extraer con rapidez y facilidad la
energía generada. El combustible en un
reactor se encuentra en forma sólida, siendo
el más utilizado el Uranio bajo su forma
isotópica de U-235.
8. Barras de Combustible:
• Son el lugar físico donde se confina el
Combustible Nuclear. Algunas Barras de
Combustible contienen el Uranio mezclado en
Aluminio bajo la forma de láminas planas
separadas por una cierta distancia que
permite la circulación de fluido para disipar el
calor generado. Las láminas se ubican en una
especie de caja que les sirve de soporte.
9.
10.
11. Núcleo del Reactor:
• Está constituido por las Barras de
Combustible. El núcleo posee una forma
geométrica que le es característica,
refrigerado por un fluido, generalmente agua.
En algunos reactores el núcleo se ubica en el
interior de una piscina con agua, a unos 10
a 12 metros de profundidad, o bien al interior
de una vasija de presión construida en acero.
12.
13. Barras de Control:
• Todo reactor posee un sistema que permite
iniciar o detener las fisiones nucleares en
cadena. Este sistema lo constituyen las Barras
de Control, capaces de capturar los neutrones
que se encuentran en el medio circundante.
La captura neutrónica evita que se produzcan
nuevas fisiones de núcleos atómicos del
Uranio. Generalmente, las Barras de Control
se fabrican de Cadmio o Boro.
14.
15. Moderador:
• Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear emergen
con velocidades muy altas (neutrones rápidos). Para
asegurar continuidad de la reacción en cadena, es
decir, procurar que los “nuevos neutrones” sigan
colisionando con los núcleos atómicos del combustible,
es necesario disminuir la velocidad de estas partículas
(neutrones lentos). Se disminuye la energía cinética de
los neutrones rápidos mediante choques con átomos
de otro material adecuado, llamado Moderador.
• Se utiliza como Moderador el agua natural (agua
ligera), el agua pesada (deuterada), el Carbono
(grafito), etc.
16. Refrigerante:
• El calor generado por las fisiones se debe
extraer del núcleo del reactor. Para lograr este
proceso se utilizan fluidos en los cuales se
sumerge el núcleo. El fluido no debe ser
corrosivo, debe poseer gran poder de
absorción calorífico y tener pocas impurezas.
Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera,
el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc..
17.
18. Blindaje:
• En un reactor se produce gran cantidad de todo
tipo de radiaciones, las cuales se distribuyen en
todas direcciones. Para evitar que los operarios
del reactor y el medio externo sean sometidos
indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un
adecuado “Blindaje Biológico” que rodea al
reactor. Los materiales más usados en la
construcción de blindajes para un reactor son el
agua, el plomo y el hormigón de alta densidad,
con a los menos 1,5 metros de espesor.
25. VENTAJAS DE LOS REACTORES DE
FISION
• Casi no emiten contaminantes al aire
• No genera desechos radiactivos mayores de
los 100 años
• El uranio enriquecido utilizados en la centrales
nucleares no sirve para construir un arma
nuclear ni para usar uranio procedente de
ellas.
26. DESVENTAJAS DE UN REACTOR DE
FISION
• Los reactores nucleares generan residuos
radiactivos
• Algunas centrales tambien sirve para generar
naterial adicional que puede usarse para la
creacion de armamento nuclear
• La percepcion de peligro de la poblacion
proviene de un accidente o de un ataque
terrorista les exponga a la radiacion
27. Chernobil
• Ha sido el accidente nuclear mas grande de la
historia , acontecido en Ucrania el 26 de abril
de 1986
• Al sobrecalentarse el nucleo del reactor se
produjo una explosion del Hidrogeno
acumulado en su interior
28. REACTOR NUCLEAR DE FUSION
• Destinada a la producción de energía
mediante la fusión nuclear.
• Tras mas de 60 años de investigación en este
campo se ha logrado mantener una reacción
controlada pero no es energéticamente
rentable
31. • El confinamiento inercial consiste en conseguir
las condiciones necesarias para que se
produzca la fusión nuclear dotando a las
partículas del combustible de la cantidad de
movimiento necesaria para que con el choque
de las mismas se venza la Barrera de Coulomb
y así se pueda producir la reacción nuclear de
fusión
33. • El confinamiento magnético consiste en contener material
en estado de plasma dentro de una botella magnética, que
es un campo magnético al que le hemos dado una forma
determinada para que las partículas positivas o negativas
que componen nuestro plasma se queden dentro de dicha
botella.
• Esto se consigue gracias a la fuerza de Lorentz, que nos dice
que una partícula cargada que se mueve dentro de un
campo magnético experimenta una fuerza perpendicular al
vector del campo magnético y al vector desplazamiento,
con lo que conseguimos que la partícula no abandone el
campo
36. GENERADORES DE
RADIONUCLEIDOS Y SU CONTROL
DE CALIDAD
(Temas 21,22)Sesión de Bellvitge.
Estrella Moya Sánchez
(Hospital Universitario Vall d’Hebron)
37. GENERADORES DE RADIONUCLEIDOS Y SU
CONTROL DE CALIDAD
• UTILIDAD:
-Obtención de radionucleidos de T1/2 corta que administrados
en bajas dosis permiten obtener excelentes imágenes.
FISICA: -Padre de larga T1/2 e Hijo de corta T1/2
QUIMICA: -Son elementos diferentes, quimicamente distintos
por lo que se pueden separar.
VENTAJAS: Facil de trasportar, fuente de radionúclidos de T1/2
corta, disponibilidad de radionúclidos lejos de su
fuente,ciclotron o reactor nuclear.
38. GENERADOR
• Cualquier sistema que incorpore un radionucleido (padre) que, en
su desintegración origine otro radionucleido (hijo) que se
utilizará como parte integrante de un radiofármaco.
• Separación por precipitación, destilación, sublimación, extracción
líquido-líquido, e intercambio iónico
Esferas
de vidrio
Suero
fisiológico
Lana de
vidrio
Alúmina
(Al2O3)
Filtro
99mTcO4
-
Esquema de un
generador
cromatográfico de
99Mo/99mTc.
•Menor complejidad
•Elevados rendimientos de elución
•Posibilidad de incorporación a un
sistema cerrado
39. FORMA FARMACEÚTICA
• Es una columna de vídrio o plástico rellena de material
adsorbente ( resina de intercambio iónico): Alumina o
Zirconia.
• El padre es adsorbido en la columna ,el hijo aumenta como
resultado del decai del padre y es separado tras una elución
con un eluyente adecuado.
40. CARACTERÍSTICAS IDEALES DE UN GENERADOR
1 Eluido estéril y apirógeno
2 Eluyentes salinos (compatibles con la administración en humanos y la
preparación de Radiofármacos)
3 Condiciones químicas no violentas
4 Almacenamiento a temperatura ambiente y atmósfera normal
5 Radionucleido hijo emisor gamma puro, adecuado periodo de
semidesintegración y emisión óptima para los sistemas de detección
6 Eficacia de separación elevada. Ausencia de radionucleido padre en
el eluido.
7 Periodo de semidesintegración del padre suficientemente corto
para facilitar la regeneración del hijo y suficientemente largo para
que el generador tenga una duración adecuada.
41. CARACTERÍSTICAS IDEALES DE UN GENERADOR
8 Propiedades químicas del radionucleido hijo que permitan la
preparación de radiofármacos por medio de kits.
9 De la desintegración del radionucleido hijo se derivan nucleidos
estables o radionucleidos de periodo de semidesintegración muy
largo.
10 Protección del sistema padre-hijo no complicada.
11 Procedimiento de separación sin gran intervención del operador,
evitando exposiciones innecesarias a la radiación.
12 Sistemas fácilmente recargables.
42. CONDICIONES DEL GENERADOR
• ESTERIL Y LIBRE DE PIRÓGENOS:
-Poniendo columna en autoclave
- Filtro a la salida del eluído( 0.22µc)
-Bactericidas
-Eluciones en condiciones asépticas
-PIROGENEIDAD: Test L.A.L(Lisado Amebocitos Limulus)
• RADIOPROTEGIDO:
-Las condiciones tienen que ser correctas para minimizar la
radiación.
-Se protégé con Pb 203 o con Uranio 238 (elementos de alto
peso atómico).
43. CONDICIONES DEL GENERADOR
• PUREZA:
-El hijo obtenido tiene que decaer o a un elemento estable o a
otro radionúclido con una T1/2 muy larga.
-El padre no debe salir al eluído en más de 1/100000-
1/1000000
44. Parejas de radionúclidos padre/hijo
aptos para constituir un generador
• En la mayoría de los casos el único que se utiliza, es el formado por la pareja molibdeno/tecnecio.
• El 99Mo tiene una vida media de 66 h frente a las 6 del 99mTc, es decir, 11 veces mayor.
• Las propiedades fisicoquímicas de ambos permiten eluir exclusivamente el 99mTc, manteniendo el
99Mo en el generador.
• El tecnecio no es toxico y reúne propiedades físicas casi ideales, al ser un emisor g puro y de 140 keV
de energía.
• El acceso al molibdeno es sencillo y no especialmente costoso; se puede obtener como subproducto
de la fision del 238U o por bombardeo con neutrones del 98Mo en el reactor nuclear
Mo Molibdeno; Tc Tecnecio
Rb Rubidio; Kr Criptón
Os Osmio; Ir Iridio
Hg Mercurio; Au Oro
Sr Estroncio; Rb Rubidio
Ge Germano; Ga Galio
45. GENERADOR 99Mo/ 99mTc
CARACTERÍSTICAS IDEALES
RADIONUCLEIDO
CARACTERÍSTICAS DEL 99mTc
Emisor gamma puro Emisor gamma prácticamente puro
Adecuado periodo de semidesintegración 6 horas
Energía de emisión compatible con
sistemas de detección (150KeV)
140 KeV
Facilidad marcaje con diferentes
compuestos
Metal de transición con diversos estados
de valencia y múltiples posibilidades de
formar complejos
RADIONUCLEIDO IDEAL
46. GENERADOR DE 99Mo-99mTc
99Mo
13 %
87%
99Tc 99Ru
2.1*105 años
B--
99mTc 99Tc
2.1*105 años
99RuB-
10%
Conversión interna
T1/2
99Mo =66h
T1/2
99mTc =6h
ES UN BUEN GENERADOR POR:
Los T1/2 difieren en un factor de 11
El Tc99m es monoenergético 140Kev
Su T1/2 es corto
Un rendimiento del 90% de radiación γ
• B
47. CONSTRUCCION
• Mo99 se genera por la fisión del Uranio235
• DOS TIPOS DE SEPARACIÓN:
• LIQUIDA: solución de Mo99 en un 20% de NaOH, la
extracción se hace con MEK.Esta en desuso, mucha
manipulación y posibilidad de radicales libres.
• SÓLIDA: construido con Alúmina(5-10g) recubierto
con una columna de cristal o plástico.
48. TIPOS DE GENERADORES DE 99Mo – 99mTc
• LECHO HÚMEDO: El reservorio de NaCl 0.9% está conectado al
generador, el cual está continuamente húmedo
• LECHO SECO: Una vez finalizada la elución, se seca la columna con
un vial al vacío
49. LECHO HÚMEDO:
DESVENTAJAS
• Disminución del rendimiento de elución por radiólisis del agua, por formación
de especies H2O2 y HO2
.
• Interferencia en la marcación de los kits
POSIBLES SOLUCIONES
• Eluir 1 hora después de haber eliminado
los contaminantes
• NaCl 0.9% fresco introduce O2
• Agregar agentes oxidantes como ClO– , NO3
-, u otros
• Aumentar el O2 disuelto en el NaCl 0.9 %
50. LECHO SECO
VENTAJAS
• Mejora el problema de disminución del % de elución de los de lecho húmedo
• Introduce aire al sistema, manteniendo el Tc como 99mTcO4
-
DESVENTAJAS
• La columna podria quedar húmeda si se el vial tiene poco vacio o se seca
insuficientemente
51. SISTEMAS GENERADORES – 99Mo/99mTc
• Figura 2. Diagrama esquemático
de generador de 99Mo - 99mTc
de columna húmeda (izquierda)
que tiene un reservorio de NaCl
al 0.9 %. Generador de 99Mo -
99mTc de columna seca
(derecha).
• Adaptado de: Nuclear Medicine
Technology and Techniques
• Bernier, Christian, Langan
52. Problemas asociados con los generadores
de columna seca:
• Deben eluirse durante una cantidad de tiempo suficiente (5 a
10 minutos) para recoger la solución salina colocada en la
columna. La producción del generador puede ser menor en
eluciones subsiguientes.
• Puede producirse una elución deficiente debido a la pérdida
de vacío del vial de elución.
• Si no se obtiene solución salina o si se obtiene poca solución
de la columna, podría deberse a que se ha colocado el vial de
elución antes de haber colocado en su lugar el vial con
solución salina.
53. Elución del generador
La gráfica del decaimiento del 99Mo/99mTc se muestra como una línea de puntos y el
decaimiento del 99mTc se muestra como una línea continua. Al generador se lo eluye los
días 1, 3 y 5 sin variar el curso del decaimiento del 99Mo. Luego de cada elución, se
necesitan aproximadamente cuatro vidas media físicas (24 hs.) para recuperar el
equilibrio. La regeneración es una función exponencial con un 50% de regeneración
durante la primera vida media, un 25% más durante la segunda vida media y así
sucesivamente. (De: Principles of Nuclear Medicine – P.J. Early, D.B. Sodee)
54. PROCESO DE ELUCIÓN
1.- Solución salina (NaCl 0,9%)
2.- Columna cromatográfica (Al2O3)
3.- Vial de vacío blindado
Unión divalente Unión monovalente
55. ACTIVIDAD DEL GENERADOR
• Las columnas poseen un lecho de alúmina, que permite la
elución del Tc99m en pequeños volúmenes alta actividad
específica.
• El perfil de elución indica el volumen de eluyente que
remueve toda la actividad del 99mTc de la columna.
La columna es muy pequeña y por tanto la mayor parte de la
actividad del Tc99m se eluye en la primera mitad del volumen
de elución.
57. • El primer ml no contiene actividad (espacio muerto de la
tubuladura).
• Un volumen de elución de 6 ml arrastrará aproximadamente
el 90% del Tc99m disponible; por tanto, los volúmenes más
grandes solo sirven para diluir la mayor parte de la actividad
que ya se eluyó.
• De esta forma, soluciones de alta actividad específica
solamente pueden obtenerse mediante la recolección sobre el
pico del perfil de elución (2-6 ml).
58. Contenido de 99mTc en el eluído de 99mTc
• 99Mo
• 99mTc Decaen a 99Tc Contenido eluído tiene
99mTc y 99Tc
99Tc aumenta
Cuando pasa el tiempo tras la elución
Cuando aumenta el tiempo entre eluciones
99Tc compite con el 99mTc esto impide la correcta unión de algunos kits
de radiofármacos con poca cantidad de estaño.Esto es critico en
generadores que no eluyen en el fin de semana, EFECTO LUNES.
Es un problema por
ejemplo para el HMPAO
59. CONTROL DE CALIDAD DEL ELUIDO
Existen 3 test que se pueden realizar
diariamente al eluido, ellos son:
Calibración de la actividad
Pureza química
Pureza radionucleídica
60. TEST DE CALIBRACION DE
ACTIVIDAD
la actividad eluida y la concentración de la
actividad, se puede detrminar:
Midiendo todo el eluido
Extrayendo un de 1ml y midiendo su actividad
Se prefiere por razones de radioprotección la
última, además que resulta más precisa
62. TEST: PUREZA QUIMICA
Se quiere determinar el [Al] en el eluido
Se realiza con test colorimétrico, se debe
poner una gota sobre un papel filtro
impregnado con un indicador(aluminon)
El aluminio presente reacciona con el
indicador produciendo una coloración rosada
63. TEST: PUREZA QUIMICA
La intensidad de la coloración es proporcional
a la [Al] presente
Si el color de la gota de eluido es menos
intenso que la estándar el test está OK
Límite para la aceptación:
10ug de Al+3/ml de eluido
Coloración similar al estándar
66. TEST: PUREZA RADIONUCLEICA
El método más común es el del blindaje de
plomo y calibrador de dosis
El vial completo es puesto dentro de un
contenedor blindado (6mm )
Este capacho tiene la capacidad de obsorver
los fotones del Tc99m(140 Kev), pero deja
pasar los fotones más energéticos del
Mo(740-780 Kev)
67. TEST: PUREZA RADIONUCLEICA
Los fotones que atraviesan el blindaje son contados en el
calibrador de dosis ajustado para la energía del Mo, y
entrega lectura directa en uCi
La única deficiencia de este método es que cualquier
isótopo de energía similar, por lo tanto, capaz de
atravesar el blindaje será contado produciendo un error
de la medición
Los límites para este test están establecidos por los
Organismos Internacionales
Límite: 0.15uCi de Mo por 1 Mci de TC99m
69. TIPOS DE EQUILIBRIO
• se pueden establecer 2 tipos de equilibrio
entre el isótopo “padre” y el isótopo “hijo”
• Equilibrio transitorio y Equilibrio Secular
70. EQUILIBRIO TRANSITORIO
Se establece una relación entre ambas T1/2
de 10 a 100 veces mayor para el padre que la
del hijo y
siempre que se permita pasar un determinado
tiempo antes de ser eluido el generador
Después de la elución la tasa de producción
del hijo es mayor que su tasa de decaimiento y
la act del hijo aumenta rapidamente,
71. EQUILIBRIO TRANSITORIO
Los átomos del hijo empiezan a decaer de tal
modo que la tasa de producción se iguala a la
de decaimiento, alcanzando un máximo de
actividad
El tiempo para obtener el máximo de
actividad para un generador Mo/Tc es de 23
hrs
El tiempo requerido para lograr el equilibrio
transiente en un generador Mo/Tc es de 48
a72hrs
72. EQUILIBRIO SECULAR
Aquí la relación entre las T1/2 es de 1000
veces o más
Así el padre parece no decaer durante varias
T1/2 del hijo
La proporción de producción del hijo es
mucho mayor que su tasa de decaimiento
La tasa de act del hijo aumenta rapidamente
73. EQUILIBRIO SECULAR
Cuando la tasa de producción es igual a la tasa
de decaimiento se establece el equilibrio
secular
En estas condiciones el hijo parece decaer a la
T1/2 del padre
74. Los Generadores como Desechos
Radioactivos
En los EU los mismos proveedores se encargan
de retirar los generadores vencidos
Algunos hospitales escogen la modalidad de
esperar para desecharlos hasta que decaigan a
niveles de radiación ambiental,
los desmantelan y eliminan en la basura sólo
la columna de alúmina (el resto se reutiliza)
75.
76. CÁLCULO DE LA ACTIVIDAD QUE SE
PUEDE ELUIR DE UN GENERADOR
• El 99mTc administrado por vía intravenosa se concentra en
las glándulas salivales, plexos coroideos, estómago y en la
tiroides de forma transitoria.
• Como pertecnetato de sodio permite realizar estudios
isotópicos de la glándula tiroides, las glándulas salivales y
estudios de flujo vascular, por ejemplo en el testículo.
• Su mayor aportación se encuentra en la posibilidad de
utilizarlo como marcador de distintos preparados
farmacéuticos (kits fríos) para obtener un radiofármaco
capaz de concentrarse en el órgano diana deseado y, a
través de su emisión radiactiva, adquirir la imagen
gammagráfica
77. KIT FRÍO
• Son preparados de la industria
farmacéutica que contienen la molécula
que se desea marcar, sin radionúclido.
• No son radiactivos y de ahí el calificativo
de fríos.
• El marcaje se realiza en el mismo
momento en que se va a adquirir el
estudio adicionando al vial el
radionúclido adecuado, frecuentemente
99mTc.
• Un kit frio es un vial de vidrio incoloro de
unos 10 a 15 ml (vial tipo I de la
farmacopea europea) cerrado con una
tapa de goma y con capsula de aluminio
78. KIT FRÍO
• Contiene, básicamente, tres elementos:
– La molécula a marcar
• Se elige por su afinidad por el órgano sistema que se desea
estudiar.
– Un agente reductor
• Habitualmente cloruro de estaño, fundamental para reducir la
valencia del tecnecio recién eluído, aumentar su reactividad
química y permitir el marcaje (v. más adelante).
– Estabilizadores
• Como el ácido gentísico y el ácido ascórbico, que evitan la
degradación del preparado, actúan como agentes antioxidantes y
limitan el fenómeno de la radiólisis
• Agentes bacteriostáticos, como el alcohol bencílico al 0,9 %
• En algunos casos concretos (preparaciones de microesferas de
albúmina) agentes tensioactivos, como el Tween-80, etc.
79. KIT FRÍO
•La solución se ajusta a un pH ligeramente acido
(entre 5 y 7) y una vez preparada es liofilizada, se
purga la atmosfera en el interior del vial y se cierra
herméticamente.
•De este modo, los kits pueden almacenarse
durante largos periodos de tiempo sin especiales
precauciones, habitualmente es suficiente un
ambiente fresco de 2 a 8 °C, y están listos para ser
utilizados añadiéndoles pertecnetato.
Este proceso lo realiza la industria farmacéutica
81. Tecnecio
• Procede del griego tecnetos (artificial)
• Primer elemento producido artificialmente
• Descubierto:
– Carlos Perrier y Emilio Gino Segrè, Italia 1937
– Muestra de Molibdeno bombardeada con núcleos de
deuterio, ciclotrón Berkeley.
• Obtención:
– Generador 99Mo/99mTc
• Radioisótopos más importantes
99Ru
ß-
83. Elementos del grupo XVII
• 7 e-
– Tc [Kr] 5s2 4d5
– Re [Xe] 4f14 6s2 5d5
• Gran variedad de estados de oxidación
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd
(4e-) (5e-) (6e-) (7e-) (8e-) (9e-) (10e-)
+4 +5 +6 +7 +8 +6 +4
+3 +4 +5 +6 +7 +4 +3
+2 +3 +4 +5 +6 +3 +2
+2 +3 +4 +5 +2 +1
+2 +3 +4 +1
+2 +3
+1 +2
84. Diferencias: Tc-Re
• Tc reduce con más facilidad que el Re
– EO +7 es más estable en [ReO4
-] que [TcO4
-]
• Compuestos con Re + inertes que Tc
– Velocidad reacciones de intercambio menores en el Re que
en Tc.
90. Nuevos compuestos de Tc
• Nuevos complejos, mediante:
– Combinación de diferentes ligandos
– Usando Carbonilos
Radiofármacos de segunda generación
91. Nuevos complejos de Tc
• Combinación de ligandos
– Objetivo: conseguir conjunto ligandos cinética y
termodinámicamente estables, para preparar RF
de 2a generación.
92. RF de 2a generación
• Objetivo: unir una biomolécula a un átomo de Tc sin
alterar sus prop. biológicas
• Estrategias: BCA (Bifunctional Chelating Agent)
– Una parte: unión biomolécula (Ac,…)
– Otra parte: unión metal (Tc)