La production des radiopharmaceutiques : Les principes de la production des radionudéides
Les radionudéides peuvent être produits de plusieurs manières, soit à l’aide d’un générateur, d’un réacteur, d’un cyclotron ou d’un accélérateur linéaire. L’extraction de produits obtenus dans un réacteur à neutrons, ou la séparation à partir de produits de fission sont d’autres moyens d’obtention de radionudéides utilisables en médecine nucléaire.
Deux difficultés majeures limitent les méthodes de production. D’une part, la manipulation de substances radioactives nécessite un environnement adapté d’un point de vue sécurité et donc très onéreux. D’autre part, la médecine nucléaire ne peut prendre en considération que des radionudéides de très haute pureté, nécessitant des méthodes de séparation et de purification optimisées. D’une façon générale, la plupart des radionudéides à visée pharmaceutique sont d’accès facile. En fait, les produits de médecine nucléaire n’ont été développés que sur la base de radioisotopes facilement accessibles. Néanmoins, de par leur courte demi-vie, ils nécessitent une mise en œuvre rapide. Les parties production et purification sont évidemment incluses dans cette durée d’utilisation du matériel radioactif, car celui-ci génère en permanence du fait de sa décroissance rapide, des isotopes de filiation qui doivent être considérés également comme des impuretés.
Les accélérateurs de particules chargées
Une substance radioactive peut être formée par bombardement d’une substance stable par des particules chargées dans un accélérateur de type linéaire ou circulaire. Les outils les plus fréquemment utilisés sont les accélérateurs circulaires, appelés aussi cyclotrons. Mais quelle que soit la technologie utilisée, le même type de radio- nucléide est formé pour le bombardement d’une cible identique par un même type de particules chargées.
Ainsi, dans un cyclotron, des particules chargées de faible masse, telles le proton, sont accélérées dans un parcours circulaire jusqu’à atteindre des hautes énergies. Ces particules sont utilisées pour bombarder une cible définie qui peut être solide, liquide ou gazeuse, le transformant en matériel radioactif. À la différence du réacteur, le cyclotron est idéal quand le radioisotope formé est un élément différent de l’isotope froid servant de cible. Ainsi le Fluor 18, émetteur de positons, est formé à partir d’Oxygène 18, isotope stable disponible sous forme de molécule d’eau, à l’état liquide, et l’iode 123, émetteur y, est produit à partir de Xénon 123, isotope gazeux stable. En fin de réaction, l’élément radioactif peut être facilement séparé de l’élément froid qui a servi de cible.
Dans le cyclotron, les particules sont accélérées dans un champ électromagnétique circulaire sous un vide poussé. Quand ces particules atteignent leur vitesse adéquate, le faisceau est dirigé hors du champ sur la cible à irradier. L’opération dure à peine quelques heures. La cible irradiée est extraite du cyclotron pour être traitée par des radiochimistes de façon à séparer les éléments radioactifs de la matière froide résiduelle. Les produits obtenus par cyclotron ont une radioactivité spécifique extrêmement élevée. En fait, les produits sont quasiment purs, mais la quantité de matière réellement disponible se compte en millionièmes de milligrammes, et elle sera suffisante pour traiter des dizaines de patients.
Les générateurs
Un générateur est un équipement peu encombrant contenant un radioisotope de demi-vie moyenne qui se transforme lentement en un isotope présentant les caractéristiques idéales pour une application de médecine nucléaire. Cet isotope «parent» est fixé sur un support qui joue le rôle de filtre et qui le retient pendant qu’un lavage de ce support avec une solution saline permet de soustraire la partie radioisotope dite «fils» au fur et à mesure que celui-ci se forme. Le Technétium 99m, l’isotope de diagnostic le plus utilisé, est produit grâce à un générateur. Cet isotope de période 6 heures se forme par désintégration du Molybdène 99 de période 66 heures et la fraction qui se forme régulièrement peut être collectée chaque jour pour une utilisation sur place. L’ensemble de l’appareillage, de la taille d’un pot de peinture de cinq litres, est constitué simplement de la colonne filtre contenant le Molybdène, d’une poche de solution saline et de la tuyauterie, la partie radioactive étant protégée par une quinzaine de kilos de plomb. Un générateur de ce type s’épuise en deux semaines.
Le générateur est l’outil idéal pour la production du Technétium 99m car ce dernier est impliqué dans plus des deux tiers des méthodes d’imagerie nucléaire. Les isotopes produits au moyen de générateurs sont relativement limités. Néanmoins, il existe au moins un exemple commercialisé ou partiellement en développement, de modèle de générateur par type de rayonnement incluant les isotopes émetteurs alpha.
Les réacteurs
La quasi-totalité des radionucléides utilisés en médecine nucléaire sont des isotopes artificiels. La méthode de production la plus courante consiste à bombarder un isotope stable (la cible) par un flux de neutrons dans un réacteur nucléaire. Ce neutron vient se condenser avec le noyau atomique et conduit à la création d’un isotope instable du métal utilisé comme cible.
Même le Molybdène 99, utilisé dans le générateur décrit plus haut, peut être formé par bombardement neutronique du Molybdène 98 stable. Les rendements de cette réaction sont très faibles et le Molybdène 99 est extrêmement difficile à séparer du Molybdène 98. Le mélange Molybdène froid et Molybdène chaud pourrait être utilisé directement dans le générateur. Cette utilisation reste limitée car son activité spécifique, c’est-à-dire le rapport entre la matière chaude et froide, reste basse. Exprimée en radioactivité, l’activité spécifique semble très élevée, mais ramenée au niveau de la quantité, le mélange contient moins d’un atome radioactif pour plusieurs millions d’atomes froids. On préfère donc utiliser du Molybdène issu de la fission de l’Uranium pour les générateurs.
Les produits de fission
De nombreux centres de traitement de déchets nucléaires provenant de réactions de fission disposent en grandes quantités de matières considérées comme inutiles. La plupart sont des sous- produits de la fission de l’Uranium 235 utilisé dans les centrales nucléaires. Ils sont stockés en attendant leur désintégration totale qui peut durer des milliers d’années. Parmi ces radionucléides se trouvent des matières qui peuvent être utiles en médecine nucléaire. Il est possible, dans certains cas, de les séparer des autres isotopes. Pour exemple, l’iode 131 utilisé en thérapie est produit à partir de ces déchets. On y trouve évidemment du Molybdène 99, identique à celui décrit dans la méthode de production par bombardement neutronique, mais dont la purification est beaucoup plus facile.
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