Medizinisches Kupfer direkt aus dem Reaktor gewonnen
TU Wien entwickelt neue Methode zur Cu 64-Herstellung: Recoil-Chemie macht radioaktives Kupfer für Medizin und Krebstherapie effizient und sicher verfügbar.
Veronika Rosecker (TU Wien) erklärt die Recoil-Chemie, mit der Cu‑64 effizient aus Cu‑63 gewonnen wird.
Foto: TU Wien
Cu 64 ist ein besonderes Kupfer Isotop, das in der Medizin heiß begehrt ist. An der TU Wien hat man nun einen einfachen Weg gefunden, es herzustellen.
Das Isotop spielt eine wichtige Rolle in bildgebenden Verfahren und könnte sogar neue Möglichkeiten in der Krebstherapie eröffnen. In der Natur existiert Cu 64 allerdings nicht, man muss es künstlich erzeugen. Allerdings war das bisher ein ziemlich mühsames Unterfangen. Traditionell beschießt man Nickel Atome mit Protonen: Nimmt der Nickel Kern das Proton auf, entsteht Kupfer.
Das Team der TU Wien zeigte nun jedoch, dass es auch ganz anders geht: Cu 63 lässt sich im Kernreaktor durch Neutronenbeschuss in Cu 64 verwandeln. Möglich wird das durch einen cleveren Kunstgriff – die sogenannte Recoil Chemie, die den Prozess effizient macht.
Cu 64: Das besondere Kupfer für die Medizin
Kupfer-Atome haben immer 29 Protonen, die Zahl der Neutronen kann aber variieren. Die häufigste Variante ist Cu 63 mit 34 Neutronen – sie ist stabil. Cu 64 hat ein zusätzliches Neutron und ist radioaktiv: Es zerfällt in etwa 13 Stunden. Genau das macht Cu 64 für die Medizin spannend: Es bleibt lange genug im Körper, um an den richtigen Ort zu gelangen, zerfällt aber schnell genug, um die Strahlenbelastung für Patienten gering zu halten.
„Bisher wird Cu-64 in einem Zyklotron hergestellt“, wird Veronika Rosecker von der TU Wien in einer Pressemitteilung zitiert. „Man kann Kupfer-64 herstellen, indem man Nickel-64 verwendet und mit Protonen beschießt. Dabei wird das Proton absorbiert, und ein Neutron wird herausgeschlagen – so wird aus Nickel-64 also Kupfer-64.“ Diese Methode liefert zwar gute Ergebnisse, ist aber ziemlich aufwendig. Außerdem braucht man dafür ein Zyklotron und das seltene Isotop Nickel 64.
Cu 64 direkt aus Cu 63 herstellen
Die Idee liegt nahe, Cu 64 nicht aus Nickel, sondern direkt aus Cu 63 zu gewinnen. Dazu muss man den Kupfer-Atomkernen nur ein Neutron hinzufügen, was in einem Kernreaktor möglich ist. Martin Pressler erklärt jedoch, dass dabei ein anderes Problem auftaucht: Zwar entstehen auf diese Weise Cu 64-Kerne, doch es ist fast unmöglich, sie von den normalen Kupfer-Atomen zu trennen. Das Endprodukt enthält deshalb vor allem gewöhnliches Kupfer und nur winzige Mengen des gewünschten Cu 64.
Recoil-Chemie: Ein cleverer Ausweg
Für dieses Trennungsproblem gibt es nun eine Lösung – die sogenannte Recoil Chemie. Das Phänomen ist seit fast 100 Jahren bekannt, wurde aber bisher kaum zur Herstellung medizinischer Radioisotope genutzt.
Die Idee dahinter: Man baut die Kupfer Atome vor dem Neutronenbeschuss in bestimmte Moleküle ein. Absorbiert ein Cu 63 Atom darin ein Neutron und wird zu Cu 64, besitzt es zunächst sehr viel Energie, die es als Gammastrahlung abgibt, wie Veronika Rosecker erklärt. Durch diese Strahlung entsteht ein kleiner Rückstoß – ähnlich wie bei einer Rakete. Dieser Stoß kann stark genug sein, um das neu entstandene Cu 64 Atom aus dem Molekül herauszulösen.
„Das bedeutet: Nun haben wir eine saubere Trennung von Kupfer-63 und Kupfer-64“, erklärt Veronika Rosecker. „Die Kupfer-63-Atome sind in den Molekülen gebunden, die Kupfer-64-Atome hingegen liegen ungebunden vor. So lassen sich die beiden Isotope problemlos chemisch voneinander trennen.“
Das richtige Molekül macht den Unterschied
Entscheidend für den Erfolg dieser Methode war es, das richtige Molekül zu finden. Es muss stabil genug sein, um die Bedingungen im Kernreaktor zu überstehen, aber zugleich gut löslich, damit man das Cu 64 am Ende problemlos chemisch abtrennen kann.
„All diese Anforderungen konnten wir erfüllen, mit einem metallorganischen Komplex, der ein bisschen an Häm erinnert, das in unserem Blut vorkommt“, sagt Martin Pressler. Ähnliche Verbindungen hatte man schon vorher untersucht, doch sie waren nicht löslich. Der neue Komplex wurde chemisch so verändert, dass er gut löslich ist und man die Cu 64-Atome nach dem Neutronenbeschuss leicht gewinnen kann.
Die Methode lässt sich automatisieren, die Moleküle können wiederverwendet werden, und statt eines Zyklotrons reicht ein Forschungsreaktor.
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