Production de radionucléides innovants pour les utilisations médicales

Les travaux du groupe portent en premier lieu sur les isotopes de la liste de priorités du cyclotron ARRONAX (dont les premiers faisceaux ont été délivrés au printemps 2010) et qu’il a contribué à définir : 82Sr/82Rb, 64Cu, 44Sc, 68Ge/68Ga pour le diagnostic et 211At, 67Cu et 47Sc pour la thérapie. Le principal challenge est de tirer parti des très hautes intensités disponibles (jusqu’à 2 x 350 µA) dans des conditions de sûreté optimales.

activateur

Un important effort de R&D a donc été réalisé dans le but d’augmenter les taux de production pour les différents isotopes d’intérêt et de concevoir la ciblerie ainsi que les outils d’extraction/séparation des cibles ayant généralement une très forte activité (étroite collaboration entre le service mécanique de Subatech, les physiciens de Prisma et les radiochimistes du GIP ARRONAX). Aujourd’hui, le 82Sr est produit en routine avec ARRONAX à 2 x 100µA à partir de cibles de RbCl ; des travaux de recherche et des développements (cible liquide, enceintes de traitement) sont en cours pour passer à des cibles de Rb métal qui permettraient d’augmenter l’intensité et ainsi la productivité. La production de 64Cu via l’utilisation de deutons a été validée pour la recherche (plusieurs GBq produits par run permettant le radio-marquage d’anticorps). Pour 211At, les études se poursuivent sur la fabrication d’un dégradeur en énergie permettant de limiter la production de 210At (la production des cibles et l’extraction sont sous contrôle). La production de 44Sc pour la recherche via l’utilisation d’un faisceau de deutons et d’une cible de CaCO3 enrichie (à plus de 99% en 44Ca) est réalisée tous les 15 jours. Les cibles pour la production de 68Ge/68Ga ont été conçues et la finalisation du dispositif de production conjointe avec le 82Sr et du générateur est en cours (avec le service mécanique dans le cadre du projet Quanticardi).

L’optimisation de ces paramètres d’irradiation nécessite la maîtrise des sections efficaces de production, parfois mal connues, notamment pour les projectiles non conventionnels (deutons). Des campagnes de mesure de sections efficaces de production, basées sur l’utilisation de la méthode des stacked-foils, ont donc été menées. Les données collectées viennent enrichir les bases de données existantes et permettent de mieux contraindre les codes de prédiction théorique (comme TALYS) et de compléter la compréhension des mécanismes de réactions nucléaires induites par les protons, deutons et particules alpha.

cross section

 La production de nouveaux radionucléides, au-delà de la première liste de priorité, est également investiguée, en fonction des besoins de la communauté. Le travail de veille bibliographique montre que d’énormes progrès ont été réalisés sur la biologie des marqueurs, sur la chimie des ligands et sur le radiomarquage. Cela a pour conséquence d’aviver l’intérêt pour les particules ayant un grand transfert linéïque d’énergie (TLE) et de chercher à avoir des informations dosimétriques (concept de théranostique). Pour le premier point, nous nous sommes engagés dans l’étude de la production de noyaux émetteurs de particules α (avec en particulier les noyaux émetteurs de cascades de particules alphas comme 225Ac et 226Th) et les émetteurs d’électrons Auger. Pour le second point, nous explorons les différents noyaux permettant de faire de l’imagerie associée à la thérapie soit parce qu’ils sont émetteurs d’un photon γ (par exemple le Re186) soit parce qu’ils ont un isotope émetteur de positons (paire d’isotopes comme 44Sc/47Sc et 64Cu/67Cu). De nouvelles voies de production de 99Mo/99mTc ont également été étudiées.

Interactions Rayonnement Matière et Applications

Les études menées sur les interactions des rayonnements avec la matière inerte et vivante concernent à la fois les rayonnements ionisants (RX et ions légers) et des contributions moins énergétiques du spectre électromagnétique. Elles sont relatives aux effets (dosimétrie pour la radiobiologie) et aux utilisations de ces interactions pour l’analyse, le contrôle non destructif (CND) et les mesures sans contact.

Nous avons développé un outil unique en France d’analyse multiélémentaire avec les faisceaux d’ARRONAX : la méthode Particle Induced X-ray Emission (PIXE) à haute énergie. Cette méthode est couramment utilisée avec des protons de l’ordre de 3 MeV. Grâce aux faisceaux de haute énergie disponibles à ARRONAX (jusqu’à 70 MeV), favorisant la production de rayons X de type K, plus énergétiques, il est possible d’analyser de façon non destructive des matériaux épais (mm) et multicouches (µm), jusqu’à la ppm (mg/kg) pour les éléments à partir de Z=20. Des mesures de sections efficaces de production de rayons X K sont également en cours, associées à des calculs théoriques, afin d’obtenir une quantification plus précise. En vue d'étendre l'analyse aux éléments légers, nous développons conjointement la détection des rayons gamma (PIGE). Les outils et méthodes développés, ainsi que la maîtrise des faisceaux de basses intensité (~100pA), sont également utilisés dans le cadre d’études de radiobiologie avec des particules alpha de basse énergie utilisées en RIT (radio immunothérapie vectorisée), une technique développée à Nantes par le CRCNA, mais aussi de plus hautes énergies pour étudier les mécanismes fondamentaux générés par les cellules en réponse à leur irradiation. Ces études nécessitent des données physiques (description des phénomènes physiques primaires et suivi de la trace de l’ion et des espèces secondaires générées, qui auront un impact sur la génération des espèces radiolytiques), chimiques et biologiques pour développer les modèles et étudier les effets de dose, transfert linéïque d’énergie ou densité d’énergie transférée. Ces recherches sont notamment menées dans le cadre de la plateforme 4 d’ARRONAXPlus.

banc pixe

Concernant les méthodes d’investigation non destructives, le groupe développe des approches complémentaires, souvent multimodales, utilisant différentes sondes, des rayons X à l’infrarouge, voire des ultrasons. La gammadensitométrie, basée sur l’utilisation de sources radioactives, est utilisée en routine pour l’inspection in situ de chaussées et la mesure de la compacité des couches de surface ; dans le contexte de l’évolution des contraintes règlementaires de radioprotection, nous proposons une solution alternative basée sur la rétrodiffusion de rayons X issus de générateurs RX en collaboration avec l’IFSTTAR dans le cadre du pôle ECND-PDL. Au cours de ces dernières années, nous avons également mené plusieurs projets de recherche collaborative, le plus souvent dans le cadre du Technocampus EMC²/IRT Jules Verne et concernant le CND de grandes pièces composites ou d’assemblages multi-matériaux (MP16T5, MP32, DEFI COMPOSITE, TSCNG/LUCIE, LUCITA). La définition et l’acquisition d’un nouveau tomographe à RX dans notre laboratoire nous permet de compléter nos techniques et mener des recherches autour de cette nouvelle modalité. Le premier projet, Tomofish, en collaboration avec l’IFREMER, concerne l’étude de la vessie natatoire de poissons. Enfin, nous avons également développé des capteurs et méthodes sans contact basées sur le principe du « sens électrique » développé par certains poissons, étendu à l’électrolocalisation d’objet et d’agents dans le cadre de projets ANR (RAAMO) et EU FP7 (ANGELS) autour du bio-mimétisme et de la bio-robotique.

tomofish