利用同位素加速癌症治疗

癌症是大多数人能想象得到的最可怕的诊断之一。

但是，没有两个癌症患者——即使他们有相同的癌症经历——完全相同的疾病。

成功的治疗需要对个体疾病的特定性质量身定制的方法。疗法越多，它越有效，它将在杀死癌细胞和备受健康组织。

一种给肿瘤细胞致命一击的方法是使用医疗手段同位素或者是放射性核素——可以直接在肿瘤部位提供高度靶向剂量的放射性活性原子。虽然并不适用于所有癌症，但靶向放射性核素疗法为医生提供了一种对抗癌症的新武器。

在医学中使用放射性核素不是新的：每年，医生均持续超过4000万医疗程序依赖于医用同位素然而，目前大多数这些程序都是用于诊断疾病而不是治疗疾病。

产生放射性核素需要专门的设施 - 他们不能在任何实验室中制造。在美国能源部（DOE）argonne国家实验室，例如，调度高功率的线性加速器以产生这些放射性核素，并且需要专门的放射设备来净化它们。传统上用于物理实验，这些加速器具有研究甚至创造放射性核素以供研究人员和医生使用。

医用同位素的工作原理

医用放射性核素一旦产生，可分为三大类。首先是诊断，与MRI扫描相比，放射性同位素可以让医生更清晰地看到肿瘤在体内的确切位置和轮廓。另一种是治疗性的，医生使用放射性核素将抗癌辐射直接传送到肿瘤细胞。第三种是诊疗学，它结合了两者的力量，这种诊疗学的放射性核素可以让医生同时观察和治疗肿瘤。

当添加到含有医疗同位素的新一代药物或放射性药物时，选择性地寻找癌细胞，或者在放射治疗中提供额外益处的药物，这些治疗同位素将使医生在抗疾病的斗争中提供更多选择，最终将使患者更加希望。

argonne的专业知识历史核物理核化学、化学分离和加速器物理学在建立放射性核素研发方案和向医学界提供特定放射性核素铜-67的专门程序方面取得了成果。

“铜-67是一种特别有价值的放射性同位素，因为它是诊断性的，因为我们有办法大批量生产它，这将对医院有用，”Dave Rotsch说，他是阿贡化学家和阿贡放射性同位素项目的副项目经理。“因为阿贡有独特的设施和专业技术，使我们能够生产这些同位素，医院对此表示兴趣。”

Argonne的重要研究角色

阿贡在放射性同位素方面的工作得到了美国能源部同位素计划的支持，该计划是生产和分发被认为是关键或短缺的放射性和浓缩稳定同位素的全球领导者。美国能源部的同位素项目正在利用阿贡等国家实验室的能力，并将其用于开发这些急需的同位素的先进生产和加工技术。

除此之外，美国能源部的国家核安全管理局还为阿贡提供资金，以支持并加速美国生产另一种同位素钼-99。Argonne继续为多个商业合作伙伴提供目标测试和开发、辐照和蒙特卡罗计算服务，以加速钼-99的国内生产。该实验室还帮助开发和优化这些伙伴的分离方法。

“阿贡有一个很长的历史，表明我们可以在放射性同位素做出重要贡献-最初在研发，但现在在实际生产他们，以及，”阿贡物理学家和副项目经理杰瑞诺伦说。

一个关键设施涉及生产放射性同位素是阿贡的低能量加速器设施(LEAF)。为了使医用同位素， LEAF提供强大的电子束，这些电子束被转换成伽马射线，即高能光子或光包。

这些伽马射线又击中了高度纯，稳定的目标材料，如锌-68。所得到的光核反应弹出一种或多种质子或中子以使所需的放射性同位素：铜-67在这种情况下。

只有一小部分的目标质量被转化为感兴趣的同位素，这意味着目标可以反复使用。

“这有点像炼金术，”罗奇说。“从本质上讲，通过光子撞击我们的目标，我们正在将一种元素转化为另一种元素，或将一种同位素转化为另一种。”

铜-67和其他副产物同位素以气态形式分离，涉及蒸发靶材料中的锌并将其冷凝在冷表面上。然后将铜溶解在溶液中并进一步通过允许研究人员选择性地分离溶液中的铜-67（或其可能想要的同位素）的方法进行纯化，基于溶液中存在的原子的化学差异。

一个医学同位素的世界

铜-67并不是阿贡研究人员唯一感兴趣的同位素。Rotsch和他的同事们也在研究另一种令人兴奋的诊断同位素钪-47，以及锕-225，它在治疗癌症方面显示出了巨大的希望。

“随着大多数标准治疗，如化疗，你不知道哪种药物或毒品，患者会响应最好的，因此它有时可能是一个猜测和检查游戏，”罗克说。

放射药物允许医生观察肿瘤对放射药物诊断版本的吸收情况。基于这些结果，Rotsch解释说，医生可以更有效地开发和开一个治疗或诊断放射药物的治疗计划。

人工智能还可以帮助医生将放射性同位素与单个肿瘤配对。利用计算机上的肿瘤基因图谱，研究人员和医疗专业人员可以模拟放射性药物如何附着并攻击肿瘤。阿贡自然科学与工程实验室副主任Kawtar Hafidi说，这将提供一个很好的想法，即哪种疗法在实施之前是最有效的。

“Argonne是独一无二的设施和专业技术，它提供从加速器到放射化学分离到计算，”她说。“通过结合所有这些资源，我们可以真正使一系列治疗更有效。”

从Argonne的角度来看，Hafidi表示，最终目标是创建一个综合计划，使科学家尽可能流畅地开发同位素，并为尚未构思的新治疗途径产生途径。

“谁知道其他疗法在周期性表上等待我们什么，”她说。

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