Due isotopi radioattivi dell'elemento metallico scandio, o Sc, sembrano essere ideali per visualizzare, e poi distruggere, tumori solidi. Una barriera, però, blocca il loro uso, l'incapacità di produrre e purificare rapidamente gli isotopi in quantità utili.

L'Università dell'Alabama a Birmingham, in collaborazione con i ricercatori dell'Università del Wisconsin e dell'Argonne National Laboratory in Illinois, hanno ricevuto una sovvenzione dal Dipartimento dell'Energia per risolvere questo ostacolo alla produzione degli isotopi radioattivi 43-Sc e 47-Sc. 43-Sc ha un'emivita di 3,9 ore, così ogni quattro ore si perde più della metà della radioattività. Deve essere utilizzato in una scansione PET lo stesso giorno in cui viene eseguita.

43-Sc e 47-Sc sono una ricercata coppia "teranostica", dice Suzanne Lapi, dottorato di ricerca, direttore dell'UAB Cyclotron Facility, professore presso il Dipartimento di Radiologia UAB e leader della borsa di studio.

Il neologismo "theranostics" combina le parole terapia e diagnostica. Sia 43-Sc che 47-Sc, se disponibili, verrebbero attaccati a un peptide mirato per guidarli verso un tumore solido per l'imaging e per l'eradicazione del tumore. 43-Sc consentirebbe una scansione diagnostica perché emette positroni con conseguente radiazione gamma che viaggerebbe dal corpo per il rilevamento e la misurazione delle dimensioni mediante una scansione PET. 47-Sc consegnerebbe la terapia al tumore, emettendo una particella beta dannosa per i tessuti.

Il laboratorio Lapi dell'UAB ha utilizzato il ciclotrone UAB, una macchina chiave per lo sviluppo di diagnosi e trattamenti avanzati del cancro presso l'O'Neal Comprehensive Cancer Center dell'UAB, per il lavoro preliminare su come creare la coppia teranostica.

Hanno scoperto che i protoni, sparato dall'acceleratore di particelle, isotopi Sc formati quando si utilizzano bersagli di ossido di titanio. Shaun Senza Amore, uno studente laureato nel laboratorio Lapi, ha anche sviluppato uno schema di purificazione:l'ossido di titanio target è stato sciolto in acido e bifluoruro di ammonio e versato attraverso una colonna a scambio ionico per separare Sc dal titanio.

Poiché il titanio naturale è una miscela di cinque isotopi stabili, questi esperimenti preliminari non hanno prodotto 43-Sc e 47-Sc puri. Il bombardamento protonico del titanio naturale ha prodotto ulteriori, isotopi Sc contaminanti. Il prossimo passo utilizzerà obiettivi che sono singoli isotopi stabili di titanio, non una miscela.

Ricercatori presso UAB, Wisconsin e Argonne hanno pianificato uno sforzo di produzione su più fronti. UAB utilizzerà il suo ciclotrone da 24 MeV per irradiare bersagli in titanio-46 e titanio-50 con protoni. Il Wisconsin utilizzerà il suo ciclotrone da 16 MeV per irradiare bersagli di ossido di calcio con particelle di deuterone, composto da un protone e un neutrone. Argonne irradierà bersagli in titanio con raggi gamma.

Tutti e tre i laboratori lavoreranno insieme, su piccola scala, perfezionare la purificazione di 43-Sc e 47-Sc dai materiali target.

Lapi afferma che l'esperienza di targeting di UAB e il suo potente ciclotrone hanno aiutato l'università a competere per $ 390, 000 assegno di ricerca. Dice anche che tutti e tre i siti coinvolgeranno gli studenti laureati nella formazione e nella ricerca collaborativa, che è un obiettivo del Dipartimento dell'Energia per preparare la futura forza lavoro.

L'UAB Cyclotron Facility ha un riconoscimento nazionale. Produce zirconio-89 e altri isotopi per medici e ricercatori presso istituzioni che includono la Stanford University, l'Università della California, MD Anderson Center di Houston, l'Università della Pennsylvania, Yale University e il Memorial Sloan Kettering Cancer Center di New York.

Anche, il ciclotrone UAB faceva parte di un sorprendente, scoperta scientifica di base non medica pubblicata sulla rivista Natura quest'anno. Lapi e Loveless erano coautori con fisici nucleari che lavoravano al Lawrence Livermore National Laboratory in California, La City University di New York e l'Università del Missouri per testare la capacità di un isotopo radioattivo di zirconio-88, prodotto e purificato all'UAB, di catturare neutroni.

I risultati sono stati illuminanti.

La capacità dello zirconio 88 di catturare neutroni era 1 milione di volte maggiore del valore teoricamente previsto, una lacuna chiamata "sorprendentemente grande" nel titolo dello studio. "Questa è la seconda più grande sezione d'urto di cattura di neutroni termici mai misurata, " hanno scritto gli autori. "Negli ultimi 70 anni non è stata scoperta nessun'altra sezione trasversale di dimensioni comparabili".