274 - LAS/ANS

Simposio LAS/ANS 2007 / 2007 LAS/ANS Symposium
XVIII Congreso Anual de la SNM / XVIII SNM Annual Meeting
XXV Reunión Anual de la SMSR / XXV SMSR Annual Meeting
Copatrocinado por la AMEE / Co-sponsored by AMEE
Cancún, Quintana Roo, MÉXICO, del 1 al 5 de Julio 2007 / Cancun, Quintana Roo, MEXICO, July 1-5, 2007
Preparación de generadores 188W/188Re a base de 188W-tungstenatos de titanio
y zirconio mediante el método sol-gel
Cesar Joaquín Rosales Torres(1,2), Fabiola Monroy-Guzmán(2)
(1)Universidad Autonoma del Estado de México,
Paseo Colón esq. Paseo Tollocan C.P. 50120, Toluca, Estado de México
[email protected]; [email protected]
Tonatiuh Rivero Gutiérrez(2) , Paulino Rojas Nava(2)
(2)Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares,
Carretera México-Toluca S/N, 52750 Estado de México
[email protected]; [email protected]
Resumen
El 188Re posee características nucleares que lo hacen atractivo para aplicaciones
terapéuticas, dada su emisión de partículas β- de alta energía 0.764 Kev además de la
posibilidad de poder unirse a diferentes ligandos. Los generadores de 188Re comerciales
utilizan una columna cromatográfica cargada con alúmina, en donde el 188W es adsorbido
y el 188ReO4- eluido mediante una solución salina. La baja capacidad de la alúmina, que
sólo permite adsorber el 0.2 % en peso de 188W exige emplear 188W de una alta actividad
específica. Una alternativa de producción de generadores de 188W/188Re consiste en
sustituir la alta actividad específica, por el uso de una mayor cantidad de 188W mediante el
uso de geles a base de tungstenatos. Por lo que, en este trabajo se propone el estudio de
las condiciones de síntesis de geles de 188W-tungstenatos titanio y zirconio y su efecto en
el desempeño de los generadores 188W/188Re. Los geles fueron sintetizados mediante el
método sol-gel a partir de alcoxis de titanio y zirconio, y soluciones de 188W-tungstenatos
de sodio a diferentes pH’s. El uso de la metodología sol-gel disminuye el tiempo de
síntesis de estos geles casi en un 60 % en relación al método de precipitación
comúnmente utilizado.
1. INTRODUCCIÓN
El 188Re posee características nucleares que lo hacen atractivo para aplicaciones terapéuticas,
dado que, emite partículas β- de una gran energía (2.12 MeV); aunado a la posibilidad de poder
unirse a diferentes ligandos (agentes bifuncionales) y biomoléculas (anticuerpos o fragmentos de
proteínas), como lo hace el 99mTc [1, 2]. Comercialmente los generadores de 188Re utilizan una
columna cromatográfica cargada con alumina, en donde el 188W, es adsorbido y eluido el
188
ReO4- mediante una solución salina. La alumina adsorbe alrededor de 0.2 % del 188W, situación
que obliga emplear 188W de una alta actividad específica [3,4], es decir se requieren reactores
nucleares de flujos superiores a 1015 neutrones/cm2s para poder producir este radioisótopo, por lo
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que se buscan alternativas de producción de generadores de 188Re, en donde pueda substituirse la
alúmina por compuestos a base de tungstenatos que permitan utilizar menores actividades
específicas del 188W y por lo tanto la posibilidad de producirlos en reactores con menores flujos.
Así pues, con el objeto de encontrar nuevas alternativas de producción de generadores 188W →
188
Re, fáciles de producir y con altas eficiencias de elución, se propone en este trabajo,
desarrollar un generador a base de 188W-tungstenatos de titanio y zirconio utilizando la
metodología sol-gel para su síntesis. Dos parámetros fueron estudiados en este trabajo: el pH de
las soluciones de 188W-tungstenatos y el contraión utilizado en la formación del gel, y su efecto
en las características de los generadores 188W/188Re.
2. METODOLOGÍA
2.1. Preparación de Soluciones de
188
W-Tungstenatos de Sodio
Un gramo de trióxido de tungsteno fue disuelto en 3.5 mL de NaOH 5 M y 200 µL de H2O2 a
70°C, adicionándose 16.5 mL de agua destilada con agitación constante. Se prepararon
soluciones a 4 diferentes pH’s: 12.3, 7.0, 4.6, y 1.9, ajustándose con HCl concentrado y 0.1 M,
dependiendo del pH deseado, aforándose a 25 mL cada solución [5]. Finalmente, a estas
soluciones se les adicionaron 200 µL de Na2188WO4 de actividad específica 0.2 µCi/µL. La
solución madre de Na2188WO4 (0.205 Ci/mL) fue proporcionada por el OIEA y proviene del
“State Scientific Centre of Rusia-Research Institute of Atomic Reactors”. Esta solución fue
diluida en agua destilada hasta obtener una solución de 0.2 µCi/µL.
2.2. Síntesis de 188W-Tungstenatos
Los geles de 188W-tungstenatos de titanio fueron preparados al mezclar la solución de 188Wtungstenatos de sodio descrita en el inciso 2.1. con 1.5 mL de ortotitanato de tetrabutilo
(C16H36O4Ti) para obtener geles con relación molar W:Ti de 1:1 (ver Tabla I). Esta mezcla fue
agitada constantemente mediante aire por 2.5 horas a 80°C, en el dispositivo mostrado en la
Figura 1.
Los geles de 188W-tungstenatos de zirconio fueron preparados a partir de soluciones de etóxido de
zirconio y 188W-tungstenatos de sodio a diversos pH’s, siguiendo el mismo procedimiento
descrito anteriormente (ver Tabla I.).
Tabla I. Condiciones de preparación de 188W-tungstenatos de zirconio y titanio.
Serie Catión pH Tungstenatos
I
II
Ti
Zr
12, 7,4.5, 1.95
12, 7,4.5, 1.95
X:W
Molar ratio
C16H36O4Ti
1:1
(C2H5O)4Zr
1:1
X 4+
El dispositivo de síntesis de 188W-tungstenatos consta de un reactor de síntesis montado en una
estructura metálica y calentado por una lámpara infrarroja. La agitación durante la síntesis de los
geles se realizó mediante aire a un flujo constante de 3.5 L/min, suministrado por una bomba de
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aire para pecera Resun air-pump AC-9602. La temperatura del sistema, proporcionada por la
lámpara de infrarrojo, y controlada desde el exterior mediante un controlador de temperatura
digital Love® Controls Series 16A unido a un termopar K (ver Fig. 1).
Figura 1. Dispositivo de síntesis de geles de 188W-tungstenatos de titanio: reactor y consola
de control de temperatura y agitación
2.3. Preparación de Generadores
188
W/ 188Re a Base de 188W-Tungstenatos de Titanio
Una vez seco el gel, se adicionaron aproximadamente 20 mL de solución salina al 0.9%, que
sirve como vehículo y reductor del tamaño de partícula. El gel es entonces transferido a una
columna cromatográfica de polietileno de 3.75 mL, que contiene una papel filtro Whatman No.1,
una capa de fibra de vidrio de 5 mm, nuevamente papel filtro y fibra de vidrio y finalmente una
frita de polietileno de 20 µm. Una vez vertido el gel, se colocó otra capa de fibra de vidrio. La
columna es entonces lavada con aproximadamente 20 mL de solución salina al 0.9%.
2.4. Desempeño de los Generadores
188
W/ 188Re
El desempeño de los generadores 188W/188Re se determinó a partir de los eluatos de 188Re
recuperados en cada elución del generador, determinándose en éstos: la eficiencia de elución, la
pureza radionúclida (cantidad de 188W en el eluato), radioquímica (forma química del 188Re
presente en el eluato, en nuestro caso: 188ReO4-), química (contenido de Al y Ti), el pH de los
eluatos y el volumen de elución (volumen de eluyente necesario para obtener la mayor parte del
188
Re presente en el generador) [5,6].
Los generadores fueron eluídos cada tercer día con solución salina al 0.9%. Para obtener las
curvas de elución correspondientes se tomaron fracciones 500 µL del eluyente, las cuales fueron
cuantificadas en un detector de GeHp marca Canberra 7229P por 100 s, a una geometría
constante. El 188Re y el 188W fueron determinados utilizando los fotopicos 155 KeV y 290.66
KeV respectivamente [7].
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La eficiencia de elución fue determinada mediante la siguiente expresión:
ε =
A188 Re
(1)
EXPERIEMNTAL
A188 Re
TEÓRICO
donde A188 Re
EXPERIMENTAL
es la actividad del
188
cuantificada en el detector de GeHp, A188 Re
TEÓRICO
A188 Re
TEÓRICO
= A188W
λ
λ
188
188
Re resultado de la elución del generador y
se determina a partir de la ecuación 2:
Re
* λ188W
Re
e
− λ188 t
W
−e
− λ188
t
Re
(2)
donde A188W es la actividad de 188W contenido en la columna cromatográfica al tiempo to, y λ188W
y λ188 Re las constantes de desintegración del
transcurrido desde el to a t [8 ].
188
W y
188
Re respectivamente; t es el tiempo
La pureza radionúclida de los eluatos fue determinada en función de la actividad de 188W presente
en éstos. Los eluatos fueron cuantificados en el detector de GeHp por 400 segundos y evaluada la
pureza mediante la expresión 3:


A188W
 * 100
P.R = 
 A188 + A188 
W
Re 

(3)
donde A188W y A188 Re son las actividades presentes de 188W y 188Re en los eluatos [5,7].
La pureza radioquímica del ion 188ReO4- fue determinada mediante cromatografía en papel (papel
Whatman 3 CHR) con acetona como fase móvil. El Rf del 188ReO4- es de 1 [9,10].
El pH de los eluatos fue determinado potenciométricamente una vez que el 188Re decayó,
aproximadamente después de 1 semana, con un potenciómetro marca Hanna Instrument pH301 y
un electrodo marca Termo Orion modelo 230.
El contenido de titanio en los eluatos se determinó cualitativamente, adicionando 2 gotas de
peróxido de hidrógeno directamente al eluato. La presencia de coloración amarilla en la solución
indica que el titanio está presente a una concentración mayor de 50 ppm [11,12].
3. RESULTADOS
Los geles de 188W-tungstenatos de titanio y zirconio fueron preparados mediante la metodología
sol-gel, la cual permite realizar su síntesis en alrededor de 3 horas, en comparación con el método
de precipitación que requiere entre 6 y 7 horas [5], es decir se tiene un ahorro de
aproximadamente el 50 % del tiempo utilizando esta metodología, así como de consumo de
energía.
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Las Figuras 1 y 2 muestran el desempeño de los generadores preparados a partir de geles de
188
W-tungstenatos de titano y zirconio respectivamente. El pH de las soluciones de 188Wtungstenatos de sodio utilizadas en la preparación de los generadores a base geles de 188Wtungstenatos de titano y zirconio influyen de manera importante en las eficiencia de elución de
dichos generadores, así como en la pureza radionúclida de sus eluatos. Ambos parámetros
disminuyen a medida que las soluciones de 188W-tungstenatos de sodio utilizadas en la síntesis
de los geles son cada vez más ácidas.
La mejor eficiencia de elución de los generadores preparados en este trabajo (73 %) se obtuvo en
el generador a base de geles de 188W-tungstenatos de titano sintetizados con 188W-tungstenatos de
sodio a pH 4.5, sin embargo, el generador que presentó un porcentaje más bajo de 188W en sus
eluatos, fue el preparado con etóxido de zirconio y soluciones de 188W-tungstenatos de sodio de
pH 7. Los generadores 188W/188Re a base de geles preparados a partir de soluciones de 188Wtungstenatos de sodio básicas, presentan menores purezas radioquímicas (83-87 %) que aquellos
cuyos geles fueron preparados con soluciones básicas; éstos últimos poseen purezas
radioquímicas cercanas al 100 %.
Los eluatos obtenidos de los generadores a base de 188W-tungstenatos de zirconio presentan los
pH’s más ácidos, alrededor 2, en tanto que aquellos preparados con 188W-tungstenatos de titanio
en promedio presentan pH’s de entre 6.7 y 6.3. En general, los pH’s de los eluatos disminuyen a
medida que el pH de las soluciones de 188W-tungstenatos de sodio, utilizadas en la preparación de
los geles, son más ácidas.
Las eficiencias de elución más bajas (~ 26 %) se presentan en los generadores a base de 188Wtungstenatos de zirconio, sin embargo en estos generadores están presenten menores cantidades
de 188W en los eluatos.
En el caso de los generadores a base de 188W-tungstenatos de titanio, se obtuvieron volúmenes de
elución en promedio de 2.5 mL, en los cuales se encontró la presencia de Ti, cuyo contenido en
estos eluatos es mayor o igual a 50 ppm. La presencia de Ti en los eluatos de 188Re podría
significar una ligera disolución del gel al contacto con el eluyente, en este caso la solución de
NaCl al 0.9 %. Por otra parte, cuando soluciones de 188W-tungstenatos de sodio a pH 12 fueron
utilizadas en la preparación de los 188W-tungstenatos de titanio el 188W fue liberado en
aproximadamente un 99% de la columna durante el lavado del generador.
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Generadores de
188
W-Tungstenatos de Titanio
100
100
Eficiencia de elución en %
Pureza Radionúclida en %
Pureza Radioquímica en %
pH de eluatos
Volumen de eluatos en mL
10
10
1
1
2
3
4
5
6
7
pH de Tungstenatos
Figura 1. Desempeño de generadores a base de 188W-Tungstenatos de Titano
Generadores a base de
188
W-Tungstenatos de Zirconium
100
100
Eficiencia de elución en %
Pureza Radionúclida en %
Pureza Radioquímica en %
pH de eluatos
10
10
1
1
2
4
6
8
10
12
pH de Tungstenatos
Figura 2. Desempeño de generadores a base de 188W-Tungstenatos de Zirconio
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4. CONCLUSIONES
El pH de los 188W-tungstenatos de sodio utilizados en la preparación de los geles de 188Wtungstenatos de titanio y zirconio tiene un efecto importante en la eficiencia y la pureza
radionúclida de los generadores. El uso de pH’s muy ácidos o muy básicos de las soluciones de
188
W-tungstenatos de sodio en la preparación de los geles, causan la disminución de las eficiencia
de los generadores y un aumento de la presencia de 188W en los eluatos de 188Re, es por tanto
recomendable trabajar con pH entre 4.5 y 7.
Para que un generador pueda ser utilizado para usos médicos, debe cumplir con lo siguientes
parámetros: eficiencia de elución mayor del 70 %, pureza radionúclida mayor del 99.985% es
decir presencia de 188W en los eluatos menor de 0.015 %, pureza radioquímica mayor del 90%,
pH de eluatos entre 4.5 y 7.5 y volúmenes de elución alrededor de 6 mL [6]. De acuerdo a estos
parámetros, los generadores que presentaron las mejores características fueron los preparados con
geles de 188W-tungstenatos de zirconio, sin embargo en todos los casos las purezas radionúclidas
de los eluatos fueron inferiores al 99.9 %; es por tanto recomendable, continuar con estos
estudios para aumentar esta pureza radionúclida.
Es difícil hacer comparaciones de comercialización entre los generadores propuestos y los
generadores tradicionales; debido a la fase temprana en la que se encuentra la investigación a
nivel nacional y mundial.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece el financiamiento de este proyecto al Instituto Nacional de Investigaciones
Nucleares proyecto AS-186 y al IAEA/CRP “Development of Radionuclide Generador
Technologies for Therapeutic Radionuclides”, proyecto No. 12879/R0.
REFERENCIAS
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