Nghiên cứu điều chế thuốc phóng xạ ³²P-Chromic phosphate trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ứng dụng trong điều trị ung thư
TẠP CHÍ KHOA HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION
JOURNAL OF SCIENCE
Tập 18, Số 3 (2021): 500-507
Vol. 18, No. 3 (2021): 500-507
ISSN:
1859-3100
Website: http://journal.hcmue.edu.vn
Bài báo nghiên cứu*
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ THUỐC PHÓNG XẠ
32P-CHROMIC PHOSPHATE TRÊN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN ĐÀ LẠT
ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU TRỊ UNG THƯ
Phạm Thành Minh*, Dương Văn Đông, Bùi Văn Cường,
Nguyễn Thanh Nhàn, Đặng Hồ Hồng Quang, Nguyễn Thanh Bình, Lê Văn Thức
Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt, Việt Nam
Ngày nhận bài: 02-3-2021; ngày nhận bài sửa: 16-3-2021; ngày duyệt đăng: 20-03-2021
TÓM TẮT
32
Thuốc phóng xạ dạng hạt keo P-Chromic phosphate được tổng hợp tại Lò phản ứng Hạt
nhân Đà Lạt bằng sử dụng phương pháp thống kê để nghiên cứu tối ưu hóa các thông số thí nghiệm
tổng hợp và được kiểm chứng bằng kết quả nghiên cứu thực nghiệm. Hiệu suất tổng hợp và độ tinh
khiết hóa phóng xạ được kiểm tra bằng phương pháp sắc kí giấy với hệ máy tự chụp Cyclone. Độ
sạch hạt nhân được kiểm tra trên hệ phổ kế bêta Aloka. Độ vô khuẩn thực hiện bằng phương pháp
thử vô khuẩn. Nội độc tố vi khuẩn được thực hiện trên máy Endosafe-PTS 100 (Portable Test
System, PTS). Kết quả đã tổng hợp được keo phóng xạ 32P-Chromic phosphate đạt hiệu suất tổng
hợp 87,67%, các chỉ tiêu về độ sạch hạt nhân 99,90%, độ tinh khiết hóa phóng xạ 99,50%, nội độc
tố vi khuẩn 0,066 EU/ml/kg và sản phẩm đạt vô khuẩn. Như vậy, thuốc phóng xạ 32P-Chromic
phosphate đảm bảo được chất lượng theo các tiêu chuẩn của Dược điển Mĩ 35 trong ứng dụng
điều trị ung thư.
Từ khóa: 32P-Chromic phosphate; điều trị ung thư; lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt; thuốc phóng xạ
1.
Giới thiệu
Theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới, tỉ lệ tử vong trên thế giới do bệnh ung thư
rất cao. Hằng năm, có khoảng 10 triệu trường hợp mắc ung thư và trên 8 triệu người chết do
ung thư (Jemal et al., 2011). Ở Việt Nam, mỗi năm ước tính có khoảng 150.000 ca ung thư
mới và trong đó có trên 50.000 ca tử vong (Iarc., 2012).
Thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate (Cr32PO4) được thương mại hóa và được FDA
phê chuẩn. Thuốc phóng xạ Cr32PO4 dùng cho điều trị tràn dịch màng phổi, màng bụng do
ung thư hoặc di căn từ các ung thư khác, điều trị ung thư tiền liệt tuyến, ung thư buồng trứng
Cite this article as: Pham Thanh Minh, Duong Van Dong, Bui Van Cuong, Nguyen Thanh Nhan, Dang Ho
Hong Quang, Nguyen Thanh Binh, & Le Van Thuc (2021). Study on preparation of 32P-Chromic phosphate
radiopharmaceutical in Dalat Nuclear Reactor for cancer treatment. Ho Chi Minh City University of Education
Journal of Science, 18(3), 500-507.
500
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Phạm Thành Minh và tgk
(Zook et al., 2011). Tuy nhiên, thuốc phóng xạ này phải nhập ngoại với giá thành cao vượt
quá khả năng chi trả của các bệnh nhân đặc biệt là bệnh nhân nghèo. Trong khi đó, đồng vị
32P có thể được điều chế từ bia 32S hoặc 31P2O5 có độ tinh khiết 99,99% ở Lò phản ứng Hạt
nhân Đà Lạt (31P là đồng vị có độ phổ biến trong tự nhiên là 100%) là nguyên liệu chính cho
việc điều chế thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate.
Trong lĩnh vực Y học hạt nhân, nhiều đồng vị phóng xạ được sử dụng trong chẩn đoán
và điều trị ung thư như 131I, 32P,99mTc (Saha, 2017). Trong đó, 32P được sử dụng trong việc
xác định các khối u ác tính và điều trị áp sát vì tế bào ung thư có xu hướng tích tụ phosphate
hơn tế bào bình thường và 32P có thể được đưa vào từ bên ngoài cơ thể để xác định vị trí của
tiềm ẩn các khối u ác tính (Saha, 2017).
Tại Việt Nam, hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về thuốc phóng xạ nhưng
chưa thấy tài liệu nào công bố công trình nghiên cứu liên quan đến việc điều chế thuốc phóng
xạ Cr32PO4. Để theo kịp sự phát triển của nền y học hiện đại trên thế giới, một số nhà khoa
học trong nước trên lĩnh vực này cũng đang từng bước tìm tòi và nghiên cứu. Hơn nữa, hiện
nay ở Việt Nam đã có nhiều tiến bộ trong điều trị ung thư, đã mang lại cơ hội điều trị tốt hơn
cho người bệnh, giúp người bệnh tiếp cận với những tiến bộ điều trị ung thư trên thế giới.
Bên cạnh đó, việc nghiên cứu và điều chế các thuốc phóng xạ trong nước đang được quan
tâm phát triển nhằm đáp ứng được nhu cầu sử dụng các kĩ thuật mới, mang lại hiệu quả điều
trị cao và giảm chi phí đáng kể cho bệnh nhân. Công việc này đã và đang được định hướng
phát triển nhiều năm qua tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Đà Lạt thông qua các đề tài, dự án
các cấp cũng như các chương trình hợp tác quốc tế đóng góp nhiều sản phẩm thuốc phóng
xạ cho y học hạt nhân trong nước.
Mục tiêu của bài báo là nghiên cứu điều chế thuốc phóng xạ 32P-Chromic phosphate
trên Lò phản ứng Hạt nhân Đà Lạt nhằm mục đích điều trị các ung thư như ung thư tràn dịch
màng phổi, phúc mạc ác tính, ung thư buồng trứng, ung thư tiền liệt tuyến… để góp phần
nội địa hóa sản phẩm, chủ động được nguồn cung cấp, hạ giá thành sản phẩm đáp ứng kịp
thời nhu cầu điều trị của người bệnh một cách tích cực và hiệu quả.
2.
2.1. Hóa chất, thiết bị
Tất cả các hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm CrO3 99,9%, Na2SO3
Hóa chất, thiết bị và phương pháp nghiên cứu
99,9%, P2O5 99,9%, (CH3)2CHOH 99,9%, NH4OH 25%, Gelatin, HNO3 68%, HCl 36,5%,
NaOH 98% được mua từ Merck (Đức). Tất cả các hóa chất khác đã được sử dụng không cần
tinh chế. Lò phản ứng Hạt nhân Đà Lạt công suất 500 kW.
2.2. Phương pháp tổng hợp thuốc phóng xạ 32P-Chromic phosphate
32
Cho 6 mL dung dịch H2CrO4 có nồng độ 0,45 mM và 3,5 mL dung dịch H3 PO4 có
nồng độ 0,48 mM (tương ứng hoạt độ phóng xạ là 20 mCi/mL) cho vào hệ chưng cất. Mở
nước cấp cho sinh hàn, bật bếp đun và hệ khuấy từ với tốc độ khuấy 120 vòng/phút, đồng
501
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Tập 18, Số 3 (2021): 500-507
thời mở van khí cho dòng khí đi qua dung dịch. Khi nhiệt độ 80-100oC, cho thêm 6,5 mL
H2O cất hai lần pha tiêm, 0,5 mL dung dịch gelatin 2% và 1 mL Na2SO3 0,2 mM vào hệ
chưng cất, khuấy hỗn hợp trong 10 phút để đảm bảo các hạt phân tán đều trong môi trường
phân tán, khi đó hạt keo hình thành và bị phân tán bởi lực quay của con từ và dòng khí.
Hỗn hợp được tinh chế để làm sạch bằng phương pháp thẩm tích (Anghileri, & Marqués,
1967). Sử dụng màng mỏng bán thấm cellulose dạng ống đem ngâm trong nước trong 2
giờ để màng trương nở, sau đó cho dung dịch keo 32P-chromic phosphate vào, kẹp chặt 2
đầu ống. Sau đó cho vào nước muối sinh lí 0,9%, khuấy từ để các hạt nhỏ khuếch tán ra
ngoài (chất bẩn, ion thừa chưa phản ứng) và các hạt keo giữ lại. Khi các hạt ở trạng thái
cân bằng (khoảng 2 giờ) thì ngừng, thu được keo phóng xạ 32P-Chromic phosphate sau tinh
chế (Prabhakar et al., 1999).
2.3. Kiểm tra chất lượng sản phẩm
Độ tinh khiết hạt nhân phóng xạ được kiểm tra trên hệ phổ kế bêta Aloka (Hoa Kì)
(International Atomic Energy Agency, 2018). Độ tinh khiết hóa phóng xạ thực hiện bằng
phương pháp sắc kí lớp mỏng ITLC trên hệ máy Cyclone trong dung môi Isopropyl alcohol:
Axit tricloacetic 20%:Amoni hydroxit 25%:nước theo tỉ lệ 75:3,4:0,3:25 (International
Atomic Energy Agency, 2018). Độ vô trùng thực hiện theo Dược điển Mĩ 35: Mẫu thuốc
được cấy trực tiếp vào môi trường Fluid thioglycollate medium (FTM) ở 30-35oC và Soya-
bean casein digest medium (SCD) ở 20-25oC. Quan sát trong 14 ngày liên tục và đọc kết quả
hàng ngày (International Atomic Energy Agency, 2018). Nội độc tố vi khuẩn được kiểm tra
trên máy Endosafe-PTS 100 (Portable Test System, PTS) theo Dược điển Mĩ 35
(International Atomic Energy Agency, 2018).
3.
Kết quả và thảo luận
3.1. Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tổng hợp thuốc phóng xạ 32P-Chromic phosphate
Sử dụng phần mềm Statgraphics Centurion XV (STAT-EASE Inc., Minneapolis, Mĩ)
để phân tích ảnh hưởng các thông số đến hiệu suất của quá trình điều chế thuốc phóng xạ
Cr32PO4. Trong bài báo này, chúng tôi lựa chọn mô hình yếu tố phân số (Fractional
factorials), mô hình này sẽ giúp trong việc khảo sát các ảnh hưởng bậc 1, bậc 2, lập phương
và tích chéo của các biến được chọn trong quá trình điều chế thuốc phóng xạ Cr32PO4 cho
hiệu suất cao.
Năm biến được chọn nghiên cứu là: Nồng độ H2CrO4 (x1), nồng độ H3PO4 (x2), nồng
độ Na2SO3 (x3), thời gian phản ứng (x4) và nhiệt độ phản ứng (x5). Hàm đáp ứng được chọn
để khảo sát là hiệu suất của quá trình điều chế thuốc phóng xạ Cr32PO4 (Y) (Hình 1).
502
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Phạm Thành Minh và tgk
Hình 1. Các thông số ảnh hưởng đến tổng hợp thuốc phóng xạ Cr32PO4
Tiến hành tổng hợp thuốc phóng xạ
Bảng 1. Mô hình thực nghiệm các thông số ảnh
hưởng đến tổng hợp thuốc phóng xạ Cr32PO4
Cr32PO4 ở những điều kiện khác nhau theo
hiệu suất phản ứng (Y) bằng phương pháp sắc
kí lớp mỏng ITLC trên hệ máy Cyclone trong
dung môi Isopropyl alcohol: Axit tricloacetic
20%: Amoni hydroxit 25%: nước theo tỉ lệ 75:
3,4: 0,3: 25 thu được mô hình thực nghiệm
(Bảng 1).
Tiến hành phân tích phương sai (ANOVA)
các thông số ảnh hưởng đến tổng hợp thuốc
phóng xạ Cr32PO4, ta thấy các tương tác x1, x2,
x3, x4, x5, x1x2, x1x4, x2x5, x3x4, x3x5, x4x5
có giá trị F-Ratio > 3,07 (F0.05(1,15) =3,07 với độ
tin cậy là 95%) và giá trị P-Value ≤ 0,05 là có ý
nghĩa và được giữ lại, các thông số còn lại không có ý nghĩa nên sẽ được loại bỏ (Hình 2).
Trên giản đồ Pareto (Hình 2) cũng cho thấy các ảnh hưởng bậc 1 (x1, x2, x3, x5) và
các ảnh hưởng bậc 2 (x1x2, x2x5, x3x5) có ý nghĩa và các ảnh hưởng này đều có tác động
làm tăng hiệu suất phản ứng, ngược lại yếu tố bậc 1 (x4) và và các ảnh hưởng bậc 2 (x1x4,
x3x4, x4x5) có ý nghĩa và các ảnh hưởng này đều có tác động làm giảm hiệu suất phản ứng
cho nên cần phải quan tâm đến những nhân tố này hơn, còn tất cả các ảnh hưởng bậc 1 và
ảnh hưởng bậc 2 còn lại không có ý nghĩa.
Từ các ảnh hưởng bậc 1, bậc 2 này cho thấy sự tác động giảm dẩn theo thứ tự là: nhiệt
độ phản ứng (x5), nồng độ Na2SO3 (x3), nồng độ H3PO4 (x2), nồng độ H2CrO4 (x1), và thời
gian phản ứng (x4). Như vậy, nhiệt độ phản ứng có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất phản
ứng tổng hợp thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate, sau đó là nồng độ Na2SO3, nồng độ
H3PO4, nồng độ H2CrO4 và cuối cùng là thời gian phản ứng.
503
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Tập 18, Số 3 (2021): 500-507
Hình 2. Phân tích phương sai (ANOVA) và giản đồ Pareto các thông số ảnh hưởng
Tiến hành tối ưu hóa hiệu suất tổng hợp
Bảng 2. Tối ưu hóa hiệu suất tổng hợp
thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate theo
phương trình hồi quy: Y = 37,74 + 5,63x1 +
7,29x2 + 43,13x3 - 0,14x4 + 60,21x5 với R2 =
96% thu được kết quả: nồng độ H2CrO4 (x1) là
0,45 mM; nồng độ H3PO4 (x2) là 0,48 mM; nồng
độ Na2SO3 (x3) là 0,2 mM; thời gian phản ứng
(x4) là 10 phút và nhiệt độ phản ứng (x5) là
thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate
102oC với hiệu suất phản ứng tối ưu đạt 87,67 % (Bảng 2).
Như vậy, việc nghiên cứu tính toán dựa trên các thí nghiệm thực tế thu được hiệu suất
phản ứng khá cao (87,67 %) với các giá trị ban đầu tối ưu. Đây là cơ sở tính toán quan trọng
trong nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tổng hợp thuốc phóng xạ 32P-chromic
phosphate.
Từ đó, chúng tôi đưa ra quy trình tổng hợp thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate theo
sơ đồ sau (Hình 3).
Hình 2. Quy trình tổng hợp thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate
504
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Phạm Thành Minh và tgk
3.2. Kiểm tra chất lượng thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate
Thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate có màu xanh lục. pH của 32P-chromic
phosphate là 6,0-7,0.
Độ tinh khiết hạt nhân được kiểm tra trên phổ kế bêta Aloka tại Viện nghiên cứu Hạt
nhân. Kết quả cho thấy phổ tia bêta của 32P - cromic phosphate chứa đồng vị phóng xạ P-32
32
32
giống với phổ tia bêta của dung dịch chuẩn P (Hình 4). Độ tinh khiết hạt nhân của P -
chromic phosphate lớn hơn 99,9%.
Kết quả đo độ tinh khiết hóa phóng xạ trên máy tự chụp Cyclone bằng sắc kí lớp mỏng
ITLC trong dung môi Isopropyl alcohol: Axit tricloacetic 20%: Amoni hydroxit 25%: nước
theo tỉ lệ 75: 3,4: 0,3:25, cho thấy sản phẩm Cr32PO4 nằm tại vị trí Rf = 0,1-0,2, đồng vị
phóng xạ P-32 ở dạng ion tự do 32PO4 di chuyển về tuyến trên của dung môi với độ tinh khiết
hóa phóng xạ lớn hơn 99,5% (Hình 5).
Kết quả thử độ vô khuẩn của 32P-chromic phosphate cho thấy khi quan sát bằng mắt
thường đối với các chai đối chứng dương tính: dung dịch trong chai bị đục, thấy rõ nhất vào
ngày quan sát thứ ba trở đi, và cho đến các ngày cuối, vi khuẩn kị khí và vi khuẩn hiếu khí
phát triển trong các môi truờng FTM và SCD. Các chai đối chứng âm tính không bị nhiễm
trong suốt quá trình theo dõi. Các chai mẫu thuốc quan sát thấy không bị nhiễm trong quá
trình theo dõi. Như vậy mẫu đạt yêu cầu thử vô khuẩn kiểm nghiệm thuốc.
Hình 4. Phổ bêta chuẩn của 32P (1) (IAEA
TECDOC) [3] và phổ bêta của
32P – cromic phosphate (2)
Hình 5. Độ tinh khiết hóa phóng xạ
của Cr32PO4
Kết quả kiểm tra nội độc tố vi khuẩn cho thấy hàm lượng endotoxin chứa trong chai
32P-chromic phosphate đo được kết quả là 3,34 EU/mL, đây là liều đơn cho một lần tiêm,
như vậy tổng EU/mL của thuốc tiêm là 0,066 EU/ml/kg (giả sử trọng lượng trung bình của
người là 50 kg). Kết quả này nhỏ hơn 5 EU/ml/kg theo tiêu chuẩn Dược điển Mĩ 35. Như
vậy, thuốc đạt tiêu chuẩn thử nội độc tố vi khuẩn.
505
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Tập 18, Số 3 (2021): 500-507
So sánh chất lượng sản phẩm thuốc 32P-chromic phosphate dùng trong nghiên cứu với
các tiêu chuẩn của Dược điển Mĩ 35. Kết luận rằng, các đặc trưng của sản phẩm nghiên cứu
đạt chất lượng so với tiêu chuẩn của Dược điển Mĩ 35.
Bảng 3. Chất lượng của 32P-chromic phosphate trong nghiên cứu và Dược điển Mĩ 35 [8]
Sản phẩm nghiên cứu (32P-
Chỉ tiêu
Dược điển Mĩ 35
chromic phosphate)
6,0 -7,0
pH
3,0 - 6,0
>95,0 %
>99,5 %
Độ tinh khiết hóa phóng xạ
Độ tinh khiết hạt nhân
99,5 %
99,9 %
Độ vô khuẩn
Vô khuẩn
Vô khuẩn
Nội độc tố vi khuẩn
Kết luận
< 5 EU/ml/kg
0,066 EU/ml/kg
4.
Đã tổng hợp thành công thuốc phóng xạ 32P-chromic phosphate trên Lò phản ứng Hạt
nhân Đà Lạt với công suất 500 kW đáp ứng được các chỉ tiêu theo Dược điển Mĩ 35 như pH
của sản phẩm 6,0; Độ tinh khiết hóa phóng xạ đạt 99,5 %; Độ tinh khiết hạt nhân đạt 99,9%;
Thuốc đạt vô khuẩn; Thuốc đạt tiêu chuẩn thử nội độc tố vi khuẩn (0,066 EU/ml/kg). Đây là
sản phẩm đầy hứa hẹn ứng dụng trong điều trị ung thư hiện nay như ung thư tràn dịch màng
phổi, phúc mạc ác tính, ung thư buồng trứng, ung thư tiền liệt tuyến.
Tuyên bố về quyền lợi: Các tác giả xác nhận hoàn toàn không có xung đột về quyền lợi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Anghileri, L. J., & Marqués, R. (1967). New colloidal chromic radiophosphate (P32) for local
irradiation of the central nervous system. The International Journal Of Applied Radiation And
Iarc., I. A. for R. on C. W. H. O. (2012). GLOBOCAN 2012: Estimated Cancer Incidence, Mortality
International Atomic Energy Agency. (2018). Quality control in the production of
Jemal, A., Bray, F., Center, M. M., Ferlay, J., Ward, E., & Forman, D. (2011). Global cancer
Prabhakar, G., Mehra, K. S., & Ramamoorthy, N. (1999). Studies on the preparation and evaluation
of colloidal chromic phosphate – 32 P for possible therapeutic use. IAEA-SR-209/32.
Saha, G. B. (2017). Fundamentals of Nuclear Pharmacy. In Fundamentals of Nuclear Pharmacy.
Zook, J. E., Wurtz, D. L., Cummings, J. E., & Cárdenes, H. R. (2011). Intra-articular chromic
phosphate (32P) in the treatment of diffuse pigmented villonodular synovitis. Brachytherapy.
506
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Phạm Thành Minh và tgk
32
STUDY ON PREPARATION OF P-CHROMIC PHOSPHATE RADIOPHARMACEUTICAL
IN DALAT NUCLEAR REACTOR FOR CANCER TREATMENT
Pham Thanh Minh*, Duong Van Dong, Bui Van Cuong
Nguyen Thanh Nhan, Dang Ho Hong Quang, Nguyen Thanh Binh, Le Van Thuc
Nuclear Research Institute, Dalat City, Vietnam
Received: March 02, 2021; Revised: March 16, 2021; Accepted: March 20, 2021
ABSTRACT
In this article, the radiopharmaceutical 32P-Chromic phosphate was synthesized in Dalat
Nuclear Reactor for studying and optimizing synthetic experimental parameters. Radiochemical
purity was tested by paper chromatography with the Cyclone Plus Phosphor Scanner. Radionuclidic
purity was tested on Aloka beta spectrometer. Sterility was performed by sterile testing. Bacterial
endotoxins were experimented on Endosafe-PTS 100 (Portable Test System, PTS). The
radiopharmaceutical 32P-Chromic phosphate synthesized achieved an overall efficiency of 87,67%,
radionuclidic purity of 99,90%, radiochemical purity of 99,50%, bacterial endotoxins of 0,066
EU/ml/kg, and sterility. Thus, the radiopharmaceutical 32P-Chromic phosphate meets the standards
of American Pharmacopoeia 35 in cancer treatment.
Keywords: 32P-Chromic phosphate; cancer treatment; Dalat nuclear reactor;
radiopharmaceutical
507
8 trang
15280
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu điều chế thuốc phóng xạ ³²P-Chromic phosphate trên lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt ứng dụng trong điều trị ung thư", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_dieu_che_thuoc_phong_xa_p_chromic_phosphate_tren.pdf
