Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu quy trình điều chế dược chất phóng xạ 18F NaF cho PET/CT

Luận án tiến sĩ y tế nghiên cứu nghiên cứu xây dựng quy trình điều chế dược chất phóng xạ 18f naf cho pet ct, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý thuyết, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Nguyễn Khắc Thất
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trần Linh
• Trường học: Trường Đại Học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Dược Phẩm Và Bào Chế Thuốc
• Đề tài: Nghiên Cứu Xây Dựng Quy Trình Điều Chế Dược Chất Phóng Xạ 18F NaF Cho PET/CT
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về kỹ thuật chụp hình phân tử
• 1.2. Vai trò của dược chất phóng xạ trong kỹ thuật chụp hình PET
• 1.3. Hóa phóng xạ của 18 F
• 1.3.1. Khái niệm chung về hóa phóng xạ
• 1.3.2. Hóa phóng xạ của 18 F
• 1.3.3. Điều chế dược chất phóng xạ dán nhãn 18 F cho PET
• 1.3.4. Tự động hóa và tự động trong sản xuất 18 F-NaF
• 1.3.4.1. Thiết bị tự động trong tổng hợp hóa phóng xạ 18 F
• 1.3.4.2. Một số module điều chế 18 F-NaF
• 1.3.4.3. Quy trình điều chế 18 F-NaF trên một số module tự động
• 1.3.5. Các tiêu chuẩn kiểm nghiệm 18 F-NaF theo một số Dược điển
• 1.3.6. Vai trò của 18 F-NaF PET/CT trong lâm sàng
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị
• 2.2.1. Nguyên liệu, hóa chất
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Nghiên cứu gia công kit điều chế 18 F-NaF và chế tạo module
• 2.3.2. Phương pháp điều chế 18 F-NaF
• 2.3.3. Phương pháp đánh giá chất lượng và tính chất của sản phẩm
• 2.3.4. Thẩm định quy trình điều chế 18 F-NaF
• 2.3.5. Đánh giá khả năng ứng dụng và độc tính cấp của 18 F-NaF
• 2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Chế tạo module và kit tổng hợp dược chất phóng xạ 18 F-NaF
• 3.1.1. Chế tạo bộ kit tổng hợp 18 F-NaF
• 3.1.2. Thiết kế tổng thể module
• 3.1.3. Thiết kế tổng thể bộ điều khiển
• 3.1.4. Chế tạo module điều chế 18 F-NaF
• 3.1.5. Đánh giá độ ổn định hoạt động của kit và module tự chế tạo
• 3.1.6. Bước đầu thử nghiệm trên mẫu nóng
• 3.2. Chuẩn hóa phương pháp xác định độ tinh khiết hóa phóng xạ
• 3.2.1. Dựng đường chuẩn
• 3.2.5. Chuẩn hóa nhận diện và độ tinh khiết hóa phóng xạ
• 3.2.3. Xác định độ pha loãng mẫu 18 F-NaF phù hợp với mẫu thử nhanh
• 3.2.4. Nghiên cứu xây dựng quy trình điều chế 18 F-NaF
• 3.2.4.1. Ảnh hưởng của thể tích dung dịch NaCl 0,9% và nước rửa
• 3.2.4.2. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất điều chế
• 3.2.4.3. Điều chế 18 F-NaF quy mô 100 mCi/mẻ
• 3.2.4.4. Quy trình điều chế 18 F-NaF quy mô 1000 mCi/mẻ
• 3.2.5. Đề xuất tiêu chuẩn chất lượng của 18 F-NaF
• 3.2.5.1. Yêu cầu về chất lượng sản phẩm
• 3.2.5.2. Phương pháp thử
• 3.2.6. Đánh giá độ ổn định của 18 F-NaF
• 3.2.7. Thẩm định quy trình điều chế 18 F-NaF
• 3.2.7.1. Mục đích yêu cầu
• 3.2.7.2. Phạm vi áp dụng
• 3.2.7.3. Danh mục thiết bị
• 3.2.7.4. Thông số thẩm định
• 3.2.7.5. Kết quả thẩm định các thông số trọng yếu
• 3.2.8. Thử nghiệm phân bố phóng xạ của 18 F-NaF trên chuột nhắt
• 3.2.9. Đánh giá phân bố phóng xạ của 18 F-NaF trên thỏ
• 3.2.9.1. Đánh giá phân bố 18 F-NaF ở hệ thống xương
• 3.3. So sánh bán định lượng hoạt độ phóng xạ 18 F-NaF
• 3.4. So sánh hình ảnh chụp 18 F-NaF PET/CT với 99m Tc-MDP SPECT
• 3.10. Nghiên cứu độc tính của 18 F-NaF trên động vật
• 3.10.1. Ảnh hưởng của 18 F-NaF đến tình trạng toàn thân
• 3.10.2. Ảnh hưởng của 18 F-NaF đến các thông số huyết học
• 3.10.3. Ảnh hưởng của 18 F-NaF đến các thông số sinh hóa
• 3.10.4. Thay đổi về mô bệnh học
• 4. CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN
• 4.1. Xây dựng được công thức và điều chế 18 F-NaF tự động
• 4.1.1. kit tổng hợp 18 F-NaF
• 4.1.2. Module điều khiển kit tổng hợp tự động
• 4.1.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp 18 F-NaF
• 4.2. Một số lưu ý trong quy trình điều chế 18 F-NaF
• 4.3. Chất lượng của 18 F-NaF
• 4.3.1. Vai trò của cột cationit (Carboxyl methyl, CM)
• 4.3.2. Vai trò của cột QMA
• 4.3.3. Chất lượng của 18 F-NaF
• 4.3.4. Thẩm định quy trình tổng hợp 18 F-NaF
• 4.3.5. Đánh giá tiền lâm sàng của 18 F-NaF trên mô hình động vật
• 4.3.5.1. Phân bố hoạt độ phóng xạ 18 F-NaF ở xương và một số cơ quan
• 4.6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Quy trình điều chế dược chất phóng xạ 18F NaF

Quy trình điều chế dược chất phóng xạ 18F NaF cho PET/CT được xây dựng dựa trên các nguyên tắc hóa phóng xạ và công nghệ hiện đại. 18F NaF là một trong những dược chất phóng xạ quan trọng, được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh y tế. Quy trình này bao gồm nhiều bước từ chuẩn bị nguyên liệu, thiết bị đến các phương pháp điều chế và kiểm nghiệm chất lượng. Việc điều chế 18F NaF cần đảm bảo an toàn bức xạ và hiệu suất cao. Các yếu tố như nồng độ dung dịch, thời gian phản ứng và thiết bị sử dụng đều ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Đặc biệt, việc sử dụng các module tự động trong quy trình điều chế giúp tăng cường độ chính xác và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất.

1.1 Nguyên liệu và thiết bị

Nguyên liệu chính để điều chế 18F NaF bao gồm natri clorid và các hóa chất cần thiết khác. Thiết bị sử dụng trong quy trình này bao gồm máy gia tốc cyclotron, module tự động và các dụng cụ kiểm nghiệm. Việc lựa chọn nguyên liệu và thiết bị phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và an toàn trong quá trình sản xuất. Các tiêu chuẩn kiểm nghiệm cũng cần được tuân thủ nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng dược phẩm đạt yêu cầu. Sự kết hợp giữa công nghệ hiện đại và quy trình điều chế truyền thống sẽ tạo ra sản phẩm 18F NaF có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong y học.

1.2 Phương pháp điều chế

Phương pháp điều chế 18F NaF được thực hiện qua nhiều bước, bao gồm tổng hợp hóa phóng xạ và tinh chế sản phẩm. Quy trình này yêu cầu sự chính xác cao trong từng bước thực hiện. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất và thời gian phản ứng đều cần được kiểm soát chặt chẽ. Việc sử dụng các module tự động giúp tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu sai sót. Đặc biệt, việc thẩm định quy trình điều chế là rất cần thiết để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn chất lượng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng 18F NaF có khả năng cung cấp hình ảnh chính xác trong chẩn đoán bệnh lý xương, từ đó nâng cao hiệu quả điều trị cho bệnh nhân.

1.3 Ứng dụng trong y học

Dược chất phóng xạ 18F NaF được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật chụp hình PET/CT. Kỹ thuật này cho phép phát hiện sớm các bệnh lý về xương, bao gồm ung thư xương và di căn xương. Hình ảnh y tế từ PET/CT sử dụng 18F NaF cung cấp thông tin chi tiết về tình trạng bệnh lý, giúp bác sĩ đưa ra quyết định điều trị chính xác hơn. Việc nghiên cứu và phát triển quy trình điều chế 18F NaF không chỉ đáp ứng nhu cầu chẩn đoán trong nước mà còn góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ y tế tại Việt Nam. Sự phát triển này có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện sức khỏe cộng đồng và nâng cao chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Chụp cắt lớp phát bức xạ positron kết hợp chụp cắt lớp vi tính (PET/CT) là kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh y học hạt nhân kết hợp giữa thông tin chức năng chuyển hóa tế bào và cấu trúc giải phẫu. Trong thực hành lâm sàng, dược chất phóng xạ $18\text{F-FDG}$ ($^{18}\text{F-fluorodeoxyglucose}$) được sử dụng phổ biến nhất nhưng tồn tại hạn chế: có thể gây dương tính giả tại các tổn thương viêm, vị trí mới phẫu thuật và cho kết quả âm tính giả đối với các khối u có mức độ tiêu thụ glucose thấp. Nhằm khắc phục các nhược điểm này trong chẩn đoán bệnh lý hệ xương, dược chất phóng xạ $^{18}\text{F-NaF}$ ($^{18}\text{F-natri fluorid}$) được ứng dụng nhờ khả năng hấp thu chuyên biệt tại các vị trí tái tạo xương, u xương nguyên phát và di căn xương.

Tại Việt Nam ở thời điểm thực hiện nghiên cứu, chưa có cơ sở y tế hay đơn vị nào sản xuất được $^{18}\text{F-NaF}$. Việc nhập khẩu từ nước ngoài không khả thi do chu kỳ bán rã của đồng vị $^{18}\text{F}$ rất ngắn ($T_{1/2} = 110\text{ phút}$). Các cơ sở y học hạt nhân trong nước muốn điều chế phải trang bị các module tổng hợp hóa phóng xạ tự động thương mại nhập khẩu với kinh phí đầu tư cao và phụ thuộc hoàn toàn vào nhà cung cấp nước ngoài. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn lâm sàng và yêu cầu tự chủ công nghệ điều chế dược chất phóng xạ phục vụ bệnh nhân, đề tài "Nghiên cứu xây dựng quy trình điều chế dược chất phóng xạ $^{18}\text{F-NaF}$ cho PET/CT" được thực hiện với 2 mục tiêu cụ thể:

1. Xây dựng quy trình điều chế dược chất phóng xạ $^{18}\text{F-NaF}$ tự động hoàn toàn trên bộ kit và module tự thiết kế, tích hợp được với hệ thống cyclotron 30 MeV đạt tiêu chuẩn Dược điển Mỹ (USP) 2020 tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108.
2. Đánh giá khả năng ứng dụng và tính an toàn của dược chất phóng xạ $^{18}\text{F-NaF}$ trên động vật thực nghiệm cho phát triển kỹ thuật ghi hình $^{18}\text{F-NaF}$ PET/CT.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là dung dịch thuốc tiêm dược chất phóng xạ $^{18}\text{F-NaF}$. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm Máy gia tốc và Khoa Y học Hạt nhân - Bệnh viện Trung ương Quân đội 108, phối hợp cùng Viện Kỹ thuật Hạt nhân và Trường Đại học Dược Hà Nội; dữ liệu thực nghiệm được hoàn thành và bảo vệ năm 2021.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các hướng phát triển kỹ thuật và hóa dược phóng xạ trên thế giới:

• Lịch sử phát triển phản ứng hóa phóng xạ gắn $^{18}\text{F}$: Ido và cộng sự (1976) lần đầu tổng hợp $^{18}\text{F-FDG}$ bằng phản ứng thế ái điện tử sử dụng $[^{18}\text{F}]\text{F}_2$; Mario và cộng sự tiếp tục tự động hóa quy trình này nhưng hiệu suất còn thấp. Đến năm 1986, Hamacher và cộng sự ứng dụng chất xúc tác chuyển pha Kriptofix 222 để thực hiện phản ứng thế ái nhân với ion $^{18}\text{F}^-$, nâng cao đáng kể hiệu suất tổng hợp hóa phóng xạ và tạo tiền đề cho việc sản xuất tự động quy mô lớn.
• Các thế hệ module tổng hợp tự động $^{18}\text{F-NaF}$: Các thiết bị thương mại đa năng trên thế giới gồm FASTlab (GE Healthcare), FDG-Plus (Eckert & Ziegler), Synthera (IBA), TracerLab MXFDG và TracerLab FX-FN (GE Healthcare). Các công bố của Jun Hyung Park và cộng sự (2013) cho thấy hiệu suất điều chế $^{18}\text{F-NaF}$ có thể đạt $93,7 \pm 2,1%$ trong thời gian 6 phút trên các hệ thống chuyên biệt.
• So sánh dược động học và giá trị chẩn đoán giữa $^{18}\text{F-NaF}$ và $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$: Các nghiên cứu của Even-Sapir và cộng sự, Grant và cộng sự chỉ ra rằng $^{18}\text{F-NaF}$ liên kết với protein huyết tương rất ít, tỷ lệ đào thải khỏi máu nhanh, tỷ lệ hấp thu lần đầu vào xương đạt gần $100%$ (so với $60-70%$ của $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$), cho phép ghi hình sau tiêm chỉ $30-60\text{ phút}$ (thay vì $3-4\text{ giờ}$ như SPECT). Về mặt lâm sàng, các nghiên cứu đối chứng cho thấy $^{18}\text{F-NaF}$ PET/CT đạt độ nhạy $100%$ trong phát hiện di căn xương ở bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi và ung thư vú, vượt trội so với kỹ thuật xạ hình xương SPECT bằng $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$ ($78-91,2%$).
• Hướng dẫn lâm sàng của Hội Y học Hạt nhân và Hình ảnh Phân tử Hoa Kỳ (SNMMI, 2010): Xác định các chỉ định chính của $^{18}\text{F-NaF}$ PET/CT bao gồm phát hiện u xương nguyên phát, di căn xương, đánh giá đáp ứng điều trị, đau xương không rõ nguyên nhân, gãy xương kín đáo, viêm tủy xương, hoại tử vô khuẩn và bệnh Paget.

Khoảng trống nghiên cứu mà luận án giải quyết là thiết kế, chế tạo thành công một module cơ điện tử chuyên dụng và gia công bộ kit điều chế $^{18}\text{F-NaF}$ khép kín, hoạt động độc lập, giá thành thấp, tích hợp trực tiếp vào cyclotron 30 MeV sẵn có tại Việt Nam; đồng thời xây dựng bộ tiêu chuẩn chất lượng theo USP 2020 và cung cấp đầy đủ dữ liệu tiền lâm sàng về phân bố sinh học, xạ hình đối chứng và độc tính cấp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và nguyên lý hóa học

Đồng vị $^{18}\text{F}$ được tạo ra từ cyclotron thông qua phản ứng hạt nhân bắn phá bia nước giàu $^{18}\text{O}$ bằng chùm hạt proton: $^{18}\text{O}(p,n)^{18}\text{F}$. Quá trình điều chế $^{18}\text{F-NaF}$ dựa trên phương pháp tách chiết pha rắn (SPE):

1. Dung dịch chứa ion $^{18}\text{F}^-$ trong nước $^{18}\text{O}$ được dẫn qua cột trao đổi cation (Carboxyl Methyl - CM) để loại bỏ các tạp chất ion kim loại sinh ra từ vật liệu chế tạo bia máy gia tốc.
2. Dòng dung dịch tiếp tục đi qua cột trao đổi anion mạnh (QMA) nhằm bẫy giữ hoàn toàn ion $^{18}\text{F}^-$ và thu hồi nước làm giàu $^{18}\text{O}$.
3. Cột QMA được rửa sạch bằng nước cất vô khuẩn để loại bỏ các tạp chất tan trong nước.
4. Rửa giải ion $^{18}\text{F}^-$ bằng dung dịch natri clorid ($0,9%\text{ NaCl}$) đẳng trương đi qua cột QMA để tạo thành sản phẩm $^{18}\text{F-NaF}$, sau đó lọc qua màng lọc khuẩn kích thước lỗ $0,22\ \mu\text{m}$ vào lọ vô khuẩn thành phẩm.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Thiết kế và chế tạo phần cứng, phần mềm: Gia công bộ kit từ kit $^{11}\text{C-Choline}$ của hãng Bioscan (Mỹ); chế tạo khung vỏ module bằng thép không gỉ sơn tĩnh điện; sử dụng vi điều khiển PIC16F883 với mạch ứng dụng riêng; hệ thống truyền thông RS485; điều khiển 4 van ba chiều (A, B, C, D) bằng động cơ bước góc quay $1,8^\circ$ (chế độ nửa bước) và 2 pít-tông (P1, P2) gắn công tắc hành trình; lập trình giao diện giám sát và điều khiển tự động hoàn toàn bằng phần mềm LabVIEW.
• Chuẩn hóa phương pháp kiểm nghiệm chất lượng:
  • Độ tinh khiết hóa phóng xạ: Phân tích trên hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao Agilent 1200 gắn đầu dò UV bước sóng $220\text{ nm}$ và đầu dò bức xạ $\text{NaI(Tl)}$ kết hợp phần mềm Ginastar (Raytest, Đức). Cột sắc ký Carbopac PA10 ($250\text{ mm} \times 4,5\text{ mm}$), pha động dung dịch $\text{NaOH } 0,1\text{ M}$, tốc độ dòng $1\text{ ml/phút}$, thể tích vòng tiêm $20\ \mu\text{l}$, thời gian chạy $10\text{ phút}$. Phương pháp được thẩm định theo hướng dẫn ICH Q2(R1) về tính tương thích hệ thống, độ đặc hiệu, độ tuyến tính, độ đúng và độ lặp lại.
  • Độ tinh khiết hạt nhân: Xác định trên hệ phổ kế gamma đa kênh sử dụng đầu dò bán dẫn Germani siêu tinh khiết (HPGe) và phần mềm Genie 2000 (Canberra, Bỉ).
  • Chu kỳ bán rã: Đo bằng giếng đo hoạt độ Curimentor-4 (Đức).
  • Nội độc tố vi khuẩn: Phương pháp đo màu động học trên thiết bị Endosafe-PTS sử dụng thẻ LAL có độ nhạy $0,05 - 5,0\text{ EU/ml}$; xác định mức pha loãng chuẩn tối đa (MVD) để tránh hiện tượng ức chế/thúc đẩy phản ứng.
  • Độ vô khuẩn: Nuôi cấy trực tiếp theo quy định Dược điển.
  • Độ ổn định: Đánh giá trên 2 điều kiện bảo quản (lọ đặt thẳng đứng và lọ dốc ngược tiếp xúc nút cao su) ở nhiệt độ $20-25^\circ\text{C}$ trong thời gian $8\text{ giờ}$.
• Thẩm định quy trình sản xuất: Tiến hành thẩm định tiên lượng trên 3 lô sản xuất liên tiếp ở quy mô hoạt độ $1000\text{ mCi/mẻ}$.
• Nghiên cứu tiền lâm sàng trên động vật:
  • Phân bố sinh học: Tiến hành trên chuột nhắt trắng Swiss ($25 \pm 2\text{ g}$), tiêm tĩnh mạch đuôi $0,2\text{ mCi/con}$, lấy mẫu mô và cơ quan tại 7 thời điểm ($2,5; 5; 10; 20; 30; 45; 60\text{ phút}$) để xác định phần trăm hoạt độ phóng xạ trên một gam mô ($%\text{ID/g}$).
  • Ghi hình PET/CT và đối chứng SPECT: Ghi hình PET/CT trên 12 thỏ đực ($2,0 - 2,5\text{ kg}$, liều tiêm $0,14\text{ mCi/kg}$) tại thời điểm 30 và 45 phút, phân tích chỉ số hấp thu chuẩn tối đa ($\text{SUV}_{\text{max}}$); so sánh trực tiếp hình ảnh xạ hình giữa $^{18}\text{F-NaF}$ PET/CT (sau tiêm 1 giờ) và $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$ SPECT (sau tiêm 3 giờ) với liều $3-4\text{ mCi/thỏ}$.
  • Độc tính cấp: Thử nghiệm đơn liều trên chuột nhắt trắng Swiss (cả hai giống đực và cái, 16 con/lô) theo hướng dẫn của EMA và OECD; lô thử tiêm tĩnh mạch đuôi $^{18}\text{F-NaF}$ liều $0,34\text{ mCi/20 g}$, lô chứng tiêm $0,2\text{ ml NaCl } 0,9%$; theo dõi triệu chứng chung, khối lượng cơ thể, các chỉ số huyết học, sinh hóa máu và mô bệnh học gan, thận tại thời điểm 24 giờ và 14 ngày.
• Xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được xử lý bằng Microsoft Excel 2016 và phân tích thống kê trên phần mềm SPSS 22.0. Kết quả biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình $\pm$ sai số chuẩn ($M \pm SE$), so sánh bằng kiểm định $t$-Student với mức ý nghĩa $p < 0,05$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày cơ sở lý thuyết về kỹ thuật chụp hình phân tử, so sánh các đặc tính giữa SPECT, PET và MRI. Tác giả phân tích các đặc tính vật lý của các đồng vị phát positron dùng cho PET ($^{11}\text{C}, ^{13}\text{N}, ^{15}\text{O}, ^{18}\text{F}, ^{68}\text{Ga}, ^{64}\text{Cu}, ^{82}\text{Rb}$), nhấn mạnh ưu thế của $^{18}\text{F}$ với chu kỳ bán rã $110\text{ phút}$ và năng lượng positron thấp ($0,635\text{ MeV}$). Chương này tổng kết cơ chế hóa phóng xạ ái điện tử và ái nhân của $^{18}\text{F}$, vai trò của phương pháp SPE, cấu tạo chung của module tổng hợp và bộ điều khiển tích hợp LabVIEW.

Tác giả so sánh các tiêu chuẩn kiểm nghiệm của Dược điển Mỹ (USP 2020), Dược điển Anh (BP 2020) và Dược điển Châu Âu (EP 8.0) đối với thuốc tiêm $^{18}\text{F-NaF}$, đồng thời phân tích chi tiết ưu thế lâm sàng của $^{18}\text{F-NaF}$ so với $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$ trong chẩn đoán tổn thương và di căn xương.

Chỉ tiêu kiểm nghiệm	Dược điển Mỹ (USP 2020)	Dược điển Anh (BP 2020)	Dược điển Châu Âu (EP 8.0)
Tính chất cảm quan	Dung dịch trong suốt, không màu, không có tiểu phân	Dung dịch trong suốt, không màu, không có tiểu phân	Dung dịch trong suốt, không màu, không có tiểu phân
pH	$4,5 - 8,0$	$4,5 - 8,5$	$4,5 - 8,5$
Độ tinh khiết hóa phóng xạ	$> 95%$	$> 98,5%$ (HPLC)	$> 95%$ (HPLC)
Chu kỳ bán rã	$105 - 115\text{ phút}$	$105 - 115\text{ phút}$	$105 - 115\text{ phút}$
Độ tinh khiết hạt nhân	$> 99,5%$	$> 99,9%$	$> 99,9%$
Nội độc tố vi khuẩn	$< 175/V\text{ EU/ml}$	$< 175/V\text{ EU/ml}$	$< 175/V\text{ EU/ml}$
Độ vô khuẩn	Vô khuẩn	Vô khuẩn	Vô khuẩn

Chương 2: Đối tượng, nguyên liệu, thiết bị và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất, nguyên liệu đạt tiêu chuẩn phân tích và tiêu chuẩn dược dụng (nước giàu $^{18}\text{O}$ độ giàu $99,3%$, cột Waters CM và QMA, màng lọc Millex $0,22\ \mu\text{m}$, dung dịch tiêm $\text{NaCl } 0,9%$ Otsuka OPV). Chương này trình bày cấu hình máy gia tốc cyclotron IBA Cyclone 30 MeV, hệ robot chia liều Theodorical, hotcell Comecer, cùng toàn bộ hệ thống phân tích sắc ký HPLC Agilent 1200, máy đo phổ gamma HPGe Canberra và máy đo nội độc tố Endosafe-PTS.

Tác giả thuyết minh chi tiết phương pháp gia công kit tổng hợp, thiết kế cơ khí và mạch vi điều khiển PIC16F883 của module điều chế; thiết kế các bước vận hành điều khiển van và pít-tông; thiết lập công thức và thông số công nghệ bắn bia, thu hồi và tinh chế sản phẩm; quy trình thẩm định phương pháp phân tích theo ICH Q2(R1), phương pháp thẩm định quy trình sản xuất 3 lô liên tiếp và thiết kế thực nghiệm trên động vật (chuột nhắt trắng, thỏ).

TT	Tên nguyên liệu / Hóa chất	Nguồn gốc xuất xứ	Tiêu chuẩn chất lượng
1	Lọ thủy tinh $15\text{ ml}$ và $30\text{ ml}$ kèm nút cao su, nắp nhôm	ABX (Đức)	Vô khuẩn
2	Bộ kit tổng hợp $^{11}\text{C-Choline}$	Bioscan (Mỹ)	Tiêu chuẩn nhà sản xuất
3	Cột trao đổi cation CM	Waters (Mỹ)	Tiêu chuẩn nhà sản xuất
4	Cột trao đổi anion QMA	Waters (Mỹ)	Tiêu chuẩn nhà sản xuất
5	Màng lọc khuẩn Millex kích thước lỗ $0,22\ \mu\text{m}$	Merck Millipore (Đức)	Tiêu chuẩn nhà sản xuất
6	Nước giàu $^{18}\text{O}$ ($99,3%$)	Taiyo Nippon Sanso (Nhật Bản)	Tiêu chuẩn nhà sản xuất
7	Dung dịch $\text{NaCl } 0,9%$	Công ty Otsuka OPV (Việt Nam)	Dược điển Việt Nam
8	Thẻ kiểm tra nội độc tố Endosafe-PTS	Charles River Laboratories (Mỹ)	Độ nhạy $0,05 - 5,0\text{ EU/ml}$

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 3 trình bày toàn bộ các số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

• Chế tạo module và kit tổng hợp: Đã hoàn thiện module tự động với 4 van ba chiều và 2 pít-tông. Thử nghiệm độ lặp lại cơ học và độ chính xác vận chuyển thể tích đạt độ ổn định cao (sai số vận chuyển dung môi $< 2%$). Thử nghiệm sơ bộ trên 3 mẫu nóng cho thấy hệ thống vận hành thông suốt, hiệu suất điều chế đạt từ $88,5%$ đến $92,3%$.
• Chuẩn hóa phương pháp kiểm nghiệm HPLC: Thời gian lưu ($t_R$) của đỉnh ion fluorid trên detector UV và $^{18}\text{F-NaF}$ trên detector phóng xạ có độ lệch xác định và ổn định ($< 5%$). Đường chuẩn nồng độ $\text{NaF}$ từ $0,1$ đến $5,0\text{ mg/ml}$ đạt hệ số tương quan $R^2 = 0,9998$. Độ tinh khiết hóa phóng xạ có độ tuyến tính cao ($R^2 \ge 0,990$), độ lặp lại và độ chính xác có hệ số phân tán $RSD \le 5%$.
• Xác định độ pha loãng kiểm tra nội độc tố: Tính toán giá trị $\text{MVD} \approx 230$. Thực nghiệm đo trên máy Endosafe-PTS với các độ pha loãng $1:1, 1:10, 1:100$ cho thấy mẫu pha loãng tỷ lệ $1:10$ và $1:100$ loại trừ hoàn toàn yếu tố gây nhiễu, tỷ lệ tìm lại nội độc tố chuẩn (spike recovery) nằm trong giới hạn $50 - 200%$, hệ số biến thiên $CV < 25%$, hàm lượng nội độc tố đều $< 11,6\text{ EU/ml}$.
• Khảo sát thông số điều chế và nâng quy mô: Thể tích dung dịch $\text{NaCl } 0,9%$ rửa giải tối ưu là $3\text{ ml}$ kết hợp thể tích nước rửa $5\text{ ml}$. Khảo sát thời gian bắn bia trên máy gia tốc từ 5 đến 120 phút cho thấy hoạt độ $^{18}\text{F}$ tạo thành tỷ lệ thuận tuyến tính với thời gian và cường độ dòng chùm tia. Quy trình được chuẩn hóa ở quy mô $100\text{ mCi/mẻ}$ và nâng quy mô lên $1000\text{ mCi/mẻ}$ với thời gian tổng hợp toàn bộ là $15\text{ phút}$.
• Độ ổn định của chế phẩm: Sản phẩm $^{18}\text{F-NaF}$ duy trì các chỉ tiêu tính chất cảm quan, pH ($5,5 - 6,5$), độ tinh khiết hóa phóng xạ ($> 98%$), độ vô khuẩn và nội độc tố trong suốt $8\text{ giờ}$ ở cả hai trạng thái lọ đặt đứng và lọ dốc ngược.
• Thẩm định quy trình sản xuất: Đánh giá trên 3 lô liên tiếp quy mô $1000\text{ mCi/mẻ}$ cho thấy hiệu suất tổng hợp đạt $89,1 \pm 1,8%$, các chỉ tiêu kiểm nghiệm đều đạt tiêu chuẩn USP 2020.

Chỉ tiêu kiểm tra chất lượng	Kết quả Lô 1	Kết quả Lô 2	Kết quả Lô 3	Giới hạn USP 2020
Tính chất cảm quan	Trong suốt, không màu	Trong suốt, không màu	Trong suốt, không màu	Trong suốt, không màu
pH	6,0	6,0	6,0	$4,5 - 8,0$
Độ tinh khiết hóa phóng xạ (HPLC)	$99,1%$	$98,7%$	$99,3%$	$\ge 95%$
Độ tinh khiết hạt nhân (HPGe)	$> 99,9%$ ($511\text{ keV}$)	$> 99,9%$ ($511\text{ keV}$)	$> 99,9%$ ($511\text{ keV}$)	$\ge 99,5%$
Chu kỳ bán rã ($T_{1/2}$)	$109,8\text{ phút}$	$110,2\text{ phút}$	$109,5\text{ phút}$	$105 - 115\text{ phút}$
Nội độc tố vi khuẩn (PTS)	$< 2,5\text{ EU/ml}$	$< 2,5\text{ EU/ml}$	$< 2,5\text{ EU/ml}$	$< 11,6\text{ EU/ml}$
Độ vô khuẩn	Vô khuẩn	Vô khuẩn	Vô khuẩn	Vô khuẩn

• Nghiên cứu phân bố sinh học trên chuột nhắt: Hoạt độ phóng xạ trong máu giảm nhanh từ $4,12 \pm 0,35%\text{ID/g}$ (ở $2,5\text{ phút}$) xuống còn $0,18 \pm 0,02%\text{ID/g}$ (ở $60\text{ phút}$). Ngược lại, mức độ bắt giữ tại xương tăng liên tục từ $12,45 \pm 1,10%\text{ID/g}$ lên $38,82 \pm 2,45%\text{ID/g}$ ở thời điểm $60\text{ phút}$. Tỷ lệ hoạt độ phóng xạ Xương/Cơ tăng mạnh từ $4,8$ (ở $2,5\text{ phút}$) lên $68,5$ (ở $60\text{ phút}$). Đào thải chủ yếu qua hệ tiết niệu (thận, bàng quang).
• Xạ hình trên thỏ thực nghiệm: Hình ảnh PET/CT cho thấy $^{18}\text{F-NaF}$ tập trung đậm nét tại các xương trục (cột sống, xương sọ, xương chậu) và đầu xương chi. Chỉ số $\text{SUV}{\text{max}}$ tại xương ở thời điểm $45\text{ phút}$ ($8,42 \pm 0,65$) cao hơn rõ rệt so với thời điểm $30\text{ phút}$ ($5,18 \pm 0,42$), tỷ lệ $\text{SUV}{\text{max}}\text{ Xương/Cơ}$ đạt mức tối ưu tại $45\text{ phút}$. So sánh hình ảnh xạ hình cho thấy $^{18}\text{F-NaF}$ PET/CT cho độ phân giải không gian, độ tương phản và chi tiết giải phẫu cấu trúc xương vượt trội hoàn toàn so với $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$ SPECT.
• Độc tính cấp: Chuột nhắt tiêm $^{18}\text{F-NaF}$ liều $0,34\text{ mCi/20 g}$ không có biểu hiện bất thường về hành vi, không có con vật nào bị chết sau 24 giờ và 14 ngày. Khối lượng cơ thể, tỷ lệ trọng lượng các cơ quan/cơ thể, các chỉ số huyết học (hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu, huyết sắc tố) và sinh hóa máu (AST, ALT, Urê, Creatinin) giữa lô thử và lô chứng không có sự khác biệt mang ý nghĩa thống kê ($p > 0,05$). Hình ảnh mô bệnh học vi thể gan và thận bình thường, không ghi nhận tổn thương thoái hóa hay hoại tử tế bào.

Chương 4: Bàn luận

Tác giả phân tích các giải pháp kỹ thuật trong thiết kế module và kit: việc cải tiến từ kit $^{11}\text{C-Choline}$ giúp tiết kiệm chi phí gia công, bố trí pít-tông và van hợp lý giúp giảm thiểu thể tích chết của đường ống dẫn. Tác giả luận giải cơ chế tách chiết: cột CM đóng vai trò giữ lại các tạp chất cation kim loại nặng sinh ra do chùm proton bắn phá thân bia; cột QMA giữ ion $^{18}\text{F}^-$ nhờ lực hút tĩnh điện và giải phóng chọn lọc khi rửa bằng dung dịch $\text{NaCl } 0,9%$.

Bàn luận về quy trình kiểm nghiệm khẳng định phương pháp HPLC chuẩn hóa hoàn toàn đáp ứng ICH Q2(R1); kỹ thuật LAL trên máy Endosafe-PTS cần pha loãng mẫu tối thiểu $1:10$ để loại bỏ ảnh hưởng nồng độ muối và phóng xạ. Phân tích dữ liệu tiền lâm sàng khẳng định $^{18}\text{F-NaF}$ có tính hướng xương cao, đào thải nhanh qua thận giúp giảm liều chiếu xạ cho các mô mềm xung quanh và tạo độ tương phản hình ảnh cao. Dữ liệu độc tính cấp xác nhận độ an toàn của chế phẩm ở mức liều thử nghiệm tương đương gấp hàng trăm lần liều quy đổi trên người.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả và đóng góp mới về mặt khoa học công nghệ và thực tiễn:

1. Thiết kế và chế tạo thành công module tự động hóa hoàn toàn và bộ kit chuyên dụng điều chế dược chất phóng xạ $^{18}\text{F-NaF}$, điều khiển qua phần mềm LabVIEW, tích hợp đồng bộ với máy gia tốc cyclotron IBA 30 MeV tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108.
2. Xây dựng và chuẩn hóa thành công quy trình điều chế $^{18}\text{F-NaF}$ tự động với thời gian tổng hợp $15\text{ phút}$, hiệu suất điều chế đạt $89,1 \pm 1,8%$, hoạt độ sản phẩm đạt tới $1000\text{ mCi/mẻ}$.
3. Xây dựng và thẩm định bộ tiêu chuẩn cơ sở cho dung dịch tiêm $^{18}\text{F-NaF}$ đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu chất lượng theo chuyên luận của Dược điển Mỹ (USP 2020), bao gồm phương pháp HPLC xác định độ tinh khiết hóa phóng xạ và phương pháp LAL trên thiết bị PTS xác định nhanh nội độc tố vi khuẩn.
4. Cung cấp hệ thống dữ liệu tiền lâm sàng hoàn chỉnh về dược động học, phân bố sinh học trên chuột nhắt trắng, xác lập thời điểm ghi hình tối ưu ($45\text{ phút}$) trên thỏ thực nghiệm, chứng minh ưu thế hình ảnh của $^{18}\text{F-NaF}$ PET/CT so với $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$ SPECT, và chứng minh tính an toàn độc tính cấp của chế phẩm.

Kiến nghị đề xuất: Tiếp tục hoàn thiện hồ sơ đăng ký thuốc phóng xạ để đưa quy trình điều chế $^{18}\text{F-NaF}$ vào sản xuất thường quy phục vụ chẩn đoán cho bệnh nhân tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108 và các cơ sở y tế có trang bị máy chụp PET/CT; mở rộng nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng trên các bệnh nhân ung thư có nghi ngờ tổn thương di căn xương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Nghiên cứu tiền lâm sàng mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá phân bố sinh học, xạ hình và độc tính cấp trên mô hình động vật khỏe mạnh (chuột nhắt trắng, thỏ), chưa thực hiện trên mô hình động vật bệnh lý (chuột mang khối u hoặc tổn thương xương thực nghiệm) và chưa tiến hành thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 1 trên người do khuôn khổ của đề tài luận án.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Triển khai các nghiên cứu thử nghiệm lâm sàng có đối chứng trên các nhóm bệnh nhân ung thư nguyên phát và di căn xương; nghiên cứu mở rộng khả năng ứng dụng của module tự chế tạo để điều chế thêm các dược chất phóng xạ gắn $^{18}\text{F}$ khác phục vụ chụp hình PET/CT.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và dược sĩ chuyên ngành Công nghệ dược phẩm, Bào chế và Hóa dược phóng xạ: Tham khảo phương pháp xây dựng công thức, tối ưu hóa thông số công nghệ và thẩm định quy trình sản xuất thuốc tiêm phóng xạ theo tiêu chuẩn quốc tế.
• Kỹ sư y sinh và kỹ sư cơ điện tử y tế: Tham khảo bản vẽ nguyên lý, sơ đồ vi điều khiển PIC16F883, giao tiếp truyền thông RS485 và cấu trúc thuật toán điều khiển tự động trên LabVIEW ứng dụng trong môi trường bức xạ cao.
• Bác sĩ, kỹ thuật viên Y học hạt nhân và Chẩn đoán hình ảnh: Tham khảo các dữ liệu dược động học, so sánh đối chứng hình ảnh giữa $^{18}\text{F-NaF}$ PET/CT và $^{99\text{m}}\text{Tc-MDP}$ SPECT, cũng như quy trình kiểm soát chất lượng thuốc phóng xạ trước khi tiêm cho bệnh nhân.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ chế bắt giữ và tinh chế ion $^{18}\text{F}^-$ trong quy trình điều chế $^{18}\text{F-NaF}$ trên module là gì? Ion $^{18}\text{F}^-$ trong nước giàu $^{18}\text{O}$ sau khi bắn bia được bơm qua cột trao đổi cation CM để loại bỏ các tạp chất ion kim loại sinh ra từ thân bia máy gia tốc, sau đó đi qua cột trao đổi anion mạnh QMA để bẫy giữ ion $^{18}\text{F}^-$ và thu hồi nước $^{18}\text{O}$. Cột QMA được rửa bằng nước cất để loại bỏ tạp chất tan, sau đó được rửa giải bằng $3\text{ ml}$ dung dịch $\text{NaCl } 0,9%$ để tạo thành dung dịch thuốc tiêm $^{18}\text{F-NaF}$ và đi qua màng lọc khuẩn $0,22\ \mu\text{m}$.

2. Phương pháp kiểm tra độ tinh khiết hóa phóng xạ của $^{18}\text{F-NaF}$ trên HPLC được thiết lập với các thông số nào? Phương pháp sử dụng hệ thống HPLC Agilent 1200 gắn đầu dò UV bước sóng $220\text{ nm}$ và đầu dò phóng xạ $\text{NaI(Tl)}$; cột Carbopac PA10 ($250\text{ mm} \times 4,5\text{ mm}$); pha động dung dịch $\text{NaOH } 0,1\text{ M}$; tốc độ dòng $1\text{ ml/phút}$; thể tích tiêm mẫu $20\ \mu\text{l}$; thời gian phân tích $10\text{ phút}$.

3. Tại sao cần pha loãng mẫu $^{18}\text{F-NaF}$ khi kiểm tra nội độc tố vi khuẩn trên thiết bị Endosafe-PTS và tỷ lệ pha loãng nào là phù hợp? Mẫu cần được pha loãng để loại trừ hiện tượng ức chế hoặc thúc đẩy phản ứng enzym LAL do nồng độ muối, pH hoặc hoạt độ phóng xạ gây ra. Mức pha loãng chuẩn tối đa tính toán được là $\text{MVD} \approx 230$. Thực nghiệm chứng minh tỷ lệ pha loãng $1:10$ và $1:100$ cho kết quả đo chính xác, tỷ lệ tìm lại mẫu chuẩn đạt yêu cầu $50 - 200%$ và hệ số biến thiên $CV < 25%$.

4. Dữ liệu phân bố sinh học trên chuột nhắt trắng Swiss cho thấy đặc tính dược động học nào của $^{18}\text{F-NaF}$? Chế phẩm đào thải nhanh khỏi máu (giảm từ $4,12%\text{ID/g}$ ở $2,5\text{ phút}$ xuống $0,18%\text{ID/g}$ ở $60\text{ phút}$) và tập trung tăng dần tại xương (đạt $38,82%\text{ID/g}$ ở $60\text{ phút}$). Tỷ lệ hoạt độ phóng xạ Xương/Cơ đạt mức $68,5$ lần ở thời điểm $60\text{ phút}$, chứng minh mức độ hấp thu đặc hiệu cao tại tổ chức xương và giảm thiểu liều chiếu xạ lên mô mềm.

5. Kết quả đánh giá độc tính cấp của $^{18}\text{F-NaF}$ trên chuột nhắt trắng được ghi nhận như thế nào? Ở liều tiêm tĩnh mạch $0,34\text{ mCi/20 g}$ (cao hơn nhiều lần liều dùng trên người quy đổi), tất cả động vật thí nghiệm đều sống sót sau 24 giờ và 14 ngày, không có biến đổi bất thường về thể trọng, các chỉ số huyết học, sinh hóa máu (AST, ALT, Urê, Creatinin) và không có tổn thương mô bệnh học vi thể ở gan, thận so với lô chứng ($p > 0,05$).

Kết luận

Luận án đã thiết kế, chế tạo thành công module và bộ kit tự động hoàn toàn để điều chế thuốc tiêm phóng xạ $^{18}\text{F-NaF}$ tích hợp với cyclotron 30 MeV tại Bệnh viện Trung ương Quân đội 108. Quy trình sản xuất đạt hiệu suất cao ($89,1 \pm 1,8%$), sản phẩm đạt tiêu chuẩn Dược điển Mỹ 2020 ở quy mô $1000\text{ mCi/mẻ}$ và ổn định trong $8\text{ giờ}$. Các thử nghiệm tiền lâm sàng trên chuột nhắt và thỏ khẳng định chế phẩm có độ an toàn cao, phân bố chuyên biệt tại hệ xương và cho chất lượng hình ảnh PET/CT vượt trội so với xạ hình SPECT truyền thống, tạo tiền đề khoa học vững chắc cho việc triển khai thường quy trong y học hạt nhân tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về kỹ thuật chụp hình phân tử Chụp hình phân tử là kỹ thuật chụp hình để quan sát được các hoạt động sinh học và sinh hóa ở mức độ phân tử của các đối tượng sống, không xâm lấn [43]. Chụp hình phân tử như chụp hình cắt lớp phát xạ positron (PET) và chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn photon (SPECT) sử dụng năng lượng và thiết bị thu nhận khác nhau cho các ứng dụng tương ứng [4], [7], [89]. Các kỹ thuật chụp hình này cung cấp độ phân giải không gian và phát hiện những thay đổi giải phẫu các bệnh lý tốt hơn các kỹ thuật chụp hình khác như cộng hưởng từ (MRI), siêu âm, chụp cắt lớp vi tính (CT). Kỹ thuật SPECT sử dụng gamma camera quay xung quanh bệnh nhân để phát hiện sự phân bố phóng xạ trong cơ thể.

Tia gamma có mức độ đâm xuyên tốt nhưng kỹ thuật SPECT bị hạn chế về độ phân giải không gian, do đó hạn chế trong chụp hình phân tử [31]. Chụp hình PET cho hình ảnh không gian 3 chiều bằng cách tái tạo lại dữ liệu ghi được của các cặp photon phát ra từ hiện tượng hủy hạt của các ĐVPX phát positron xảy ra trong cơ thể sống [79]. PET thích hợp cho chụp hình trong ung thư vì có độ nhạy cao, đâm xuyên đủ sâu và độ phân giải không gian tốt hơn SPECT. PET và SPECT khi kết hợp với CT có thể cung cấp thông tin chi tiết về giải phẫu và chức năng của các cơ quan và mô [27], [52].

Các công nghệ chụp hình phân tử như chụp hình huỳnh quang và chụp hình phát quang sinh học, có thể cung cấp hình ảnh có độ nhạy cao bằng cách lựa chọn các đầu dò hình ảnh thích hợp, nhưng có hạn chế về độ đâm xuyên [43]. So sánh những đặc trưng của các kỹ thuật chụp hình được thể hiện trong Bảng 1. 3 luan an Bảng 1. So sánh một số đặc điểm của các kỹ thuật chụp hình phân tử [85] Kỹ thuật Giới hạn độ phân Giới hạn phát hiện đồng vị/Nồng độ giải không gian thuốc cản quang (mol/kg) MRI 1.3 (5 MHz) Khó định lượng bằng thuốc cản quang SPECT 7 10−8 - 10−10 PET 3 10−9 – 10−12 1.2 Vai trò của dược chất phóng xạ trong kỹ thuật chụp hình PET DCPX là hợp chất chứa ĐVPX gắn với chất mang được dùng để chẩn đoán hoặc điều trị các bệnh lý, đặc biệt các bệnh lý về ung thư.

Một số ĐVPX phát xạ tia beta (β ) hoặc tia gamma (γ ) được sử dụng để xạ trị ngoài (ví dụ: 60 Co, 137 Cs, 192 Ir. Một số ĐVPX phát xạ tia β khác như 14 C, 35 S.ban đầu chỉ được sử dụng để nghiên cứu nhưng hiện nay, hầu hết được sử dụng trên cơ thể người. Một số DCPX dán nhãn với ĐVPX 99m Tc phát xạ tia γ , được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật SPECT hay các ĐVPX có chu kỳ bán rã ngắn phát xạ positron dùng trong PET như 11 C, 18 F, 64 Cu.Hoặc một số ĐVPX sử dụng trong điều trị ung thư như 90 Y.Có những ĐVPX vừa dùng trong cho PET, vừa có thể điều trị ung thư như 67 Cu. Để đánh giá hoạt động chức năng của một cơ quan, mô nào đó thì cần đưa DCPX thích hợp, chúng sẽ tập trung đặc hiệu tại cơ quan cần khảo sát.

Theo dõi quá trình chuyển hoá, đường đi của ĐVPX có trong DCPX, có thể đánh giá tình trạng chức năng của cơ quan, mô cần nghiên cứu qua việc đo hoạt độ phóng xạ ở các cơ quan này nhờ các ống đếm đặt ngoài cơ thể tương ứng với cơ quan cần khảo sát. Trong kỹ thuật PET, các ĐVPX phát xạ positron, các positron gặp các electron lân cận sẽ kết hợp và xảy ra hiện tượng "hủy cặp", tạo ra cặp photon có năng lượng 511 keV, được ghi nhận trong detector và tạo hình PET. Ba tiêu chí cơ bản cho một ĐVPX phát positron được sử dụng trong PET: năng lượng positron thấp, cường độ positron cao và không có tia γ. Một số ĐVPX như như 11 C, 13 N, 15 O, 18 F và 64 Cu, 67 Cu được sản xuất trên cyclotron hoặc từ các máy phát (generator) như 68 Ge/68 Ga và 82 Sr/82 Rb đáp ứng cả ba tiêu chí trên, là ứng cử viên vàng để điều chế DCPX cho kỹ thuật PET (bảng 1.

Hiện nay, tại Việt Nam 4 luan an đã có một vài trung tâm cyclotron sản xuất được ĐVPX 18 F cũng như điều chế được DCPX 18 F-FDG. Đó là tiền đề, là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu sản xuất các DCPX khác dãn nhán ĐVPX 18 F ngoài 18 F-FDG cho các chẩn đoán khác. Một trong những DCPX đó là 18 F-NaF cho xạ hình xương. Một số đồng vị phóng xạ cho PET [85] Đồng vị Nguồn Năng lượng β + Chu kỳ bán rã phóng xạ (MeV) 11 C Cyclotron 0,959 20 phút 13 N Cyclotron 1,197 9,97 phút 15 O Cyclotron 1,738 2,03 phút 18 F Cyclotron 0,635 110 phút 124 I Cycltron 2,13 4,2 ngày 68 Ga Generator 1,9 68 phút 64 Cu Cyclotron 2,91 12,8 giờ 82 Rb Generator 3,15 76 giây 1.3 Hóa phóng xạ của 18 F 1.1 Khái niệm chung về hóa phóng xạ Hóa phóng xạ (HPX) được hiểu là “hóa học của các chất phóng xạ trong tự nhiên cũng như nhân tạo" [61].

Khác với hóa học thông thường, HPX có những đặc tính riêng được xác định bởi lượng chất phóng xạ tham gia phản ứng vô cùng nhỏ [74]. Ví dụ, với 18 F-FDG, liều sử dụng cho một bệnh nhân (BN) khoảng 10 mCi với lượng 18 F chỉ khoảng 10−10 g. Trong các quá trình hóa học, tỷ lệ tham gia phản ứng của mỗi chất chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nồng độ chất tham gia phản ứng, các bước tạo phản ứng, áp suất, nhiệt độ, dung môi, chất xúc tác và tiết diện phản ứng [44]. Trong đó, nồng độ chất tham gia phản ứng và trình tự các bước phản ứng có ảnh hưởng nhiều hơn đến quá trình tổng hợp HPX.

Vì nồng độ các chất phóng xạ tham gia phản ứng siêu nhỏ nên việc tổng hợp HPX luôn là một thách thức bởi chúng dễ dàng bị hấp phụ lên bề mặt của dụng cụ tổng hợp, kể cả màng lọc. Khó khăn trong việc tổng hợp HPX được giải quyết bằng cách sử dụng thêm các chất là đồng vị bền của chất phóng xạ tham gia phản ứng, nhằm giảm sự hao hụt của ĐVPX đó. DCPX có thành phần là ĐVPX và các chất mang. Chất mang được định nghĩa trong Sách Vàng (Gold Book) của Hội hóa học 5 luan an thế giới (IUPAC) như sau: “Chất mang hay còn gọi là chất đánh dấu là chất được cho thêm vào với một lượng thích hợp để kết hợp với một chất nhất định nhằm vận chuyển chất đó trong các quá trình lý hay hóa học”.

Trong quá trình tổng hợp HPX sử dụng chất đánh dấu thì có thể làm giảm hoạt độ phóng xạ riêng (HĐPXR). HĐPXR của một chất phóng xạ được định nghĩa theo IUPAC là “với một ĐVPX nhất định hoặc một hỗn hợp các ĐVPX, HĐPX riêng được xác định bằng cách lấy tổng hoạt độ phóng xạ chia cho khối lượng của chúng” [61].2 Hóa phóng xạ của 18 F 18 F được tạo ra từ lò phản ứng hạt nhân và các máy gia tốc dưới hai dạng chính là [18 F]F2 [82] và 18 F[F− ] [73]. Phản ứng thế ái điện tử của [18 F]F2 [18 F]F2 tồn tại ở dạng khí, khả năng hoạt động cũng như khả năng ăn mòn mạnh, do đó, rất khó tổng hợp HPX của 18 F. Để giải quyết vấn đề này, cần bổ sung các chất mang như amoni acetat và xenon vào [18 F]F2.

Sơ đồ tổng hợp các chất 18 F-fluorid hóa bằng phản ứng thế ái điện tử. Những chất mang chứa Flo được sử dụng để vận chuyển các ion Flo tới các chất giàu điện tử như carbanion và các hợp chất thơm, những chất không thể tham gia phản ứng thế ái nhân trực tiếp (hình 1. Vì sử dụng chất mang nên quá trình flo hóa ái điện tử thường cho sản phẩm có hoạt độ phóng xạ riêng thấp, có thể tạo ra một số sản phẩm phụ không mong muốn và bị hạn chế sử dụng trong một số trường hợp. Để hạn chế việc tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn, người ta sử dụng một số phản ứng hóa học để bảo vệ các nhóm chức của 6 luan an các chất đích trước khi tiến hành flo hóa nhằm làm tăng hiệu suất đánh dấu phóng xạ của các chất mang chứa Flo [17], [28].

Phản ứng fluorid hóa ái nhân của 18 F [18 F]F2 và ion 18 F− được tạo ra từ cyclotron bằng phản ứng hạt nhân 18 O(p,n)18 F trong phương pháp tổng hợp HPX không có chất mang [51]. 18 F− hoàn toàn không hoạt động trong nước. Do vậy, cần sử dụng những phương pháp khác để tăng cường khả năng thế ái nhân của nó. Các anion 18 F− được tạo ra từ phản ứng bắn phá nước giàu 18 O dễ dàng tạo muối với các kim loại kiềm như kali fluorid, cesi fluorid hay bạc forid và với ion H+ trong nước để tạo thành hydro fluorid.

Để loại các tạp chất thì dung dịch chứa 18 F− được cho qua một cột trao đổi anion để bẫy aion 18 F-fluorid, sau đó sử dụng các chất xúc tác chuyển pha trong dung môi lưỡng cực aprotic như kali/kriptofix222 trong acetonitril hay muối tetraalkylamoni trong dimetyl- formamid đi qua cột để bắt 18 F−. Theo phương pháp này, các bazơ như kali oxalat, kali carbonat được cho thêm vào cùng các chất xúc tác chuyển pha trong dung môi lưỡng cực Aprotic nhằm chặn các phản ứng tạo ra hydro fluorid [55]. Tiếp theo, hòa tan đẳng phí nhiều lần với acetonitril nhằm loại bỏ nước dư để thu được các ion flo khan. Phản ứng thế flo ái nhân tiếp theo với dẫn chất thơm hay các chất béo được thực hiện một cách dễ dàng và tạo ra DCPX với hoạt độ phóng xạ riêng cao [39], [72], [81].

7 luan an Hình 1.3 Điều chế dược chất phóng xạ dán nhãn 18 F cho PET Quá trình điều chế một DCPX dùng cho PET, đặc biệt là các DCPX gắn 18 F như 18 F-FDG hay 18 F-NaF là quá trình gắn 18 F vào chất mang, sau đó, tinh chế và tách chiết được DCPX ở dạng thuốc tiêm như hình 1. Quá trình điều chế dược chất phóng xạ cho PET [44] 18 F được sản xuất theo nhiều phương pháp, phương pháp phổ biến nhất hiện nay là bắn bia nước giàu 18 O bằng chùm proton năng lượng cao tạo ra phản ứng hạt nhân chuyển 18 O thành 18 F [39].