Иттрий-90

Иттрий-90 — это радиоактивный изотоп иттрия с атомным номером 39 и массовым числом 90. Относится к группе β-излучателей, период полураспада составляет 64,1 часа (около 2,67 суток). Образуется в результате β-распада стронция-90 (⁹⁰Sr) и сам распадается до стабильного циркония-90 (⁹⁰Zr). Благодаря своим физическим свойствам (чистое бета-излучение без гамма-компонента, умеренная энергия частиц, короткий период полураспада) иттрий-90 широко применяется в ядерной медицине, прежде всего для радиоизотопной терапии злокачественных новообразований, а также в радиохимических исследованиях и промышленности.

Физические свойства

Иттрий-90 (⁹⁰Y) является продуктом распада стронция-90 (⁹⁰Sr), который, в свою очередь, образуется в ядерных реакторах при делении урана-235 или плутония-239. Схема распада: ⁹⁰Sr → ⁹⁰Y (β⁻, период полураспада 28,8 года) → ⁹⁰Zr (β⁻, период полураспада 64,1 часа). Максимальная энергия β-частиц иттрия-90 составляет 2,28 МэВ, средняя энергия — около 0,93 МэВ. Пробег β-частиц в мягких тканях человека достигает 11 мм, в воде — около 2,5 мм. Гамма-излучение практически отсутствует (доля гамма-квантов менее 0,01 %), что позволяет минимизировать облучение здоровых тканей и персонала при использовании в терапии.

Иттрий-90 — чистый β-излучатель, что делает его удобным для локального воздействия на опухоль. Период полураспада 64,1 часа обеспечивает достаточно времени для доставки радиофармпрепарата к цели и накопления в опухолевой ткани, но при этом исключает длительное накопление радионуклида в организме.

Получение

Иттрий-90 получают двумя основными способами:

1. Выделение из продуктов деления ядерного топлива. Стронций-90, содержащийся в отработавшем ядерном топливе, после химической переработки выделяют в виде чистого соединения. Затем, после накопления дочернего иттрия-90 (равновесие достигается примерно через 2 недели), его отделяют от стронция-90 методами ионообменной хроматографии или экстракции. Этот метод даёт продукт высокой радиохимической чистоты.

1. Облучение стабильного иттрия-89 в ядерном реакторе. Мишень из оксида иттрия (Y₂O₃) или металлического иттрия облучают тепловыми нейтронами, в результате реакции ⁸⁹Y(n,γ)⁹⁰Y образуется радиоактивный изотоп. Однако этот метод даёт продукт с низкой удельной активностью и требует длительного облучения, поэтому в промышленных масштабах чаще используют первый способ.

В России производство иттрия-90 осуществляется на предприятиях атомной отрасли, в частности на ПО «Маяк» (Озёрск, Челябинская область) и в Научно-исследовательском институте атомных реакторов (Димитровград). Полученный радионуклид поставляется в виде раствора хлорида иттрия (YCl₃) или в составе готовых радиофармпрепаратов.

Применение в медицине

Основное применение иттрия-90 — радиоизотопная терапия злокачественных опухолей. Благодаря короткому пробегу β-частиц и отсутствию гамма-излучения, он позволяет доставлять высокую дозу радиации непосредственно в опухолевую ткань, минимально повреждая окружающие здоровые органы.

Радионуклидная терапия опухолей печени

Наиболее распространённое применение — лечение первичного и метастатического рака печени (гепатоцеллюлярная карцинома, колоректальные метастазы). Используются микросферы из стекла или смолы, содержащие иттрий-90. Они вводятся в печёночную артерию через катетер (трансартериальная радиоэмболизация). Микросферы застревают в мелких сосудах, питающих опухоль, и облучают её изнутри. Процедура проводится в специализированных центрах ядерной медицины.

Радиоиммунотерапия

Иттрий-90 конъюгируют с моноклональными антителами, которые специфически связываются с антигенами на поверхности опухолевых клеток. Например, препарат ибритумомаб тиуксетан (Zevalin, США) используется для лечения неходжкинских лимфом. Антитело доставляет иттрий-90 к лимфомным клеткам, вызывая их гибель. В России аналогичные разработки ведутся в Национальном медицинском исследовательском центре онкологии имени Н. Н. Блохина и в Институте биоорганической химии РАН.

Лечение синовита и артрита

Радиосиновэктомия — введение коллоидного раствора иттрия-90 в полость сустава при ревматоидном артрите или гемофильной артропатии. β-излучение разрушает воспалённую синовиальную оболочку, уменьшая боль и отёк. Процедура применяется при поражении коленных, голеностопных и других крупных суставов.

Паллиативная терапия костных метастазов

Иттрий-90 в составе фосфатных комплексов (например, гидроксиапатита) вводят внутривенно для облегчения болей при множественных метастазах в кости. Однако из-за короткого периода полураспада и ограниченного пробега частиц этот метод уступает по эффективности другим радионуклидам (стронций-89, самарий-153).

Применение в промышленности и науке

В промышленности иттрий-90 используется в качестве источника β-излучения для дефектоскопии (контроль толщины материалов, сварных швов), а также в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РТГ) малой мощности. Однако из-за короткого периода полураспада его применение в этой области ограничено.

В научных исследованиях иттрий-90 применяют для изучения кинетики химических реакций, в радиохимии — как стандарт для калибровки β-спектрометров, а также в биологии — для мечения клеток и изучения процессов метаболизма.

Безопасность и радиационная защита

Иттрий-90 представляет опасность при попадании внутрь организма (ингаляционно, перорально или через раны). β-излучение вызывает локальные ожоги кожи и слизистых, а при внутреннем поступлении — поражение костного мозга, печени и других органов. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочих помещений — 1,3·10⁻¹⁰ Ки/л. Работа с иттрием-90 требует соблюдения правил радиационной безопасности: использование перчаток, защитных экранов (плексиглас толщиной не менее 10 мм), вытяжных шкафов. Хранение осуществляется в свинцовых контейнерах с толщиной стенок не менее 5 мм (для поглощения тормозного излучения, возникающего при торможении β-частиц).

Правовое регулирование в России

В Российской Федерации иттрий-90 относится к категории радиоактивных веществ, подлежащих государственному учёту и контролю. Оборот регулируется Федеральным законом «Об использовании атомной энергии» (№ 170-ФЗ) и постановлениями Правительства РФ. Лицензирование деятельности по производству, хранению, транспортировке и использованию иттрия-90 осуществляется Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор). Медицинское применение возможно только в лицензированных учреждениях здравоохранения, имеющих отделения радионуклидной терапии.

Источники

1. Радионуклиды в ядерной медицине / под ред. В. А. Кодина, А. А. Лобанова. — М.: Энергоатомиздат, 2012.
2. Промышленное производство изотопов / под ред. Ю. А. Золотова. — М.: Атомиздат, 1978.
3. Федеральный закон от 21.11.1995 № 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии».
4. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). — М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009.
5. Zevalin (ibritumomab tiuxetan) — prescribing information. — FDA, 2002.
6. Справочник по ядерной физике / под ред. Г. А. Бендрикова. — М.: Атомиздат, 1970.