Η άνοδος μιας νέας γενιάς ακτινοθεραπειών σημαίνει ότι σύντομα θα χρειαστούμε πολύ μεγαλύτερες ποσότητες ραδιενεργών ατόμων. Γι’ αυτό εταιρείες σε όλο τον κόσμο σπεύδουν να τα απομονώσουν και να τα επεξεργαστούν από κάθε είδους ραδιενεργά απόβλητα.
Φοίβη Γουότς για το New Scientist; Getty Images
«Αυτή είναι η Poppy», λέει ο Howard Greenwood, δείχνοντάς μου περήφανα την πολύτιμη αγελάδα του. Στην πραγματικότητα, όμως, το «cow» είναι ένα χαριτωμένο σλανγκ της πυρηνικής έρευνας. Η Poppy είναι μια λεπτή γυάλινη στήλη γεμάτη ραδιενεργά απόβλητα, που δεν ζει σε βοσκότοπο αλλά σε εργαστήριο υψηλής ασφάλειας. Ο Greenwood και η ομάδα του στο United Kingdom National Nuclear Laboratory (UKNNL), κοντά στο Preston, την «αρμέγουν» για ραδιενεργό μόλυβδο.
Γιατί να μπει κανείς σε αυτή τη δύσκολη διαδικασία; Όλα έχουν να κάνουν με την άνοδο μιας νέας γενιάς ραδιενεργών φαρμάκων που δείχνουν ιδιαίτερα ελπιδοφόρα ως θεραπείες για τον καρκίνο. Η ραδιενέργεια δεν είναι καινούργια στην ιατρική, όμως αυτά τα φάρμακα έχουν σπάνια ισχύ και φαίνεται πως θα γνωρίσουν μεγάλη ανάπτυξη. Το πρόβλημα είναι ότι, αν συμβεί αυτό, η ζήτηση για τα ραδιοϊσότοπα που περιέχουν θα ξεπεράσει κατά πολύ τις σημερινές ποσότητες.
Και έτσι ξεκινά μια παγκόσμια κούρσα για την αύξηση της παραγωγής. Κάποιοι, όπως η ομάδα του Greenwood, ψάχνουν μέσα σε αποθέματα πυρηνικών αποβλήτων και τα επεξεργάζονται. Άλλοι συλλέγουν υπολείμματα από προγράμματα ατομικής βόμβας της εποχής του Ψυχρού Πολέμου ή αναζητούν υλικά από ανενεργές ιατρικές συσκευές. Πρόκειται για μια προσπάθεια υψηλού ρίσκου, που υπόσχεται όχι μόνο θεραπείες που σώζουν ζωές αλλά και πιθανώς τεράστια κέρδη. «Βλέπουμε πραγματικά τη μεγάλη φαρμακοβιομηχανία να επενδύει δισεκατομμύρια σε αυτό», λέει ο Sven Van den Berghe, διευθύνων σύμβουλος της βελγικής εταιρείας ισοτόπων PanTera.
Οι αρχαίοι αλχημιστές μπορεί να έκαναν λάθος σε πολλά, δεν είχαν όμως άδικο ότι ένα στοιχείο μπορεί να μετατραπεί σε άλλο. Αυτό συμβαίνει φυσικά, μέσα από τρεις βασικούς τύπους ραδιενεργού διάσπασης. Ένας ατομικός πυρήνας μπορεί να εκπέμψει μέρος του εαυτού του με τη μορφή είτε ενός συνόλου πρωτονίων και νετρονίων, είτε ενός ηλεκτρονίου, είτε μιας έκρηξης ακτινοβολίας. Αυτές οι διαδικασίες, που ονομάζονται αντίστοιχα alpha, beta και gamma decay, μετατρέπουν το άτομο σε διαφορετικό στοιχείο. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν μια μονάδα που λέγεται ημιζωή για να μετρήσουν πόσος χρόνος χρειάζεται ώστε το 50% των ατόμων μιας ραδιενεργής ουσίας να περάσει σε αυτή τη μεταβολή.
Η ιδέα της χρήσης της ραδιενέργειας ως θεραπείας χρονολογείται από τις αρχές του 1900, λίγο μετά την ανακάλυψη του ραδίου από τη Marie Skłodowska Curie και τον σύζυγό της, Pierre. Οι γιατροί διαπίστωσαν ότι σφραγισμένα δείγματα ραδίου, τοποθετημένα πάνω σε βελόνες και εισαγόμενα στους ασθενείς, μπορούσαν να συρρικνώσουν όγκους με την ισχυρή εκπομπή σωματιδίων άλφα. Αυτή η θεραπεία, η radium brachytherapy, άνθησε μέχρι τη δεκαετία του 1950, όταν το ράδιο εγκαταλείφθηκε υπέρ ασφαλέστερων ισοτόπων.
Η πιο πρόσφατη δυναμική γύρω από τη ραδιενέργεια στην ιατρική επικεντρώνεται σε κάτι που ονομάζεται radioligand therapy. Η μέθοδος αυτή αντιμετωπίζει το γνωστό πρόβλημα της ακτινοθεραπείας: μπορεί να βλάψει και υγιή κύτταρα, όχι μόνο τους όγκους. Η ιδέα είναι να συνδεθεί ένα ραδιενεργό άτομο με ένα μόριο που λέγεται ligand και αναζητά και προσκολλάται στα καρκινικά κύτταρα. Με αυτόν τον τρόπο, τα φάρμακα δίνουν ένα ακριβές πλήγμα με λιγότερες παρενέργειες.
Η radioligand therapy πήρε πραγματική ώθηση το 2017, όταν ο φαρμακευτικός κολοσσός Novartis κυκλοφόρησε το φάρμακο Lutathera, το οποίο συνδέει το lutetium-177 με ένα πεπτίδιο που στοχεύει καρκινικά κύτταρα του γαστρεντερικού. Το 2022, η εταιρεία παρουσίασε ένα ακόμη φάρμακο με lutetium-177, το Pluvicto, για τον καρκίνο του προστάτη. «Απέδειξαν ότι τα στοχευμένα ραδιοφαρμακευτικά προϊόντα μπορούν να αναπτυχθούν, να εγκριθούν και να παραχθούν σε μεγάλη κλίμακα», λέει η Sophie Letournel της Orano Med, γαλλικής εταιρείας ανάπτυξης ραδιοφαρμάκων.
Τα δύο αυτά φάρμακα έφεραν στη Novartis πωλήσεις 2,8 δισ. δολαρίων το 2025 και τώρα δεκάδες άλλες φαρμακευτικές θέλουν ένα κομμάτι από αυτή την αγορά. Αναλυτές της Morgan Stanley έχουν προβλέψει ότι αυτή η αύξηση του ενδιαφέροντος θα βοηθήσει την παγκόσμια αγορά ραδιοφαρμάκων να σχεδόν εξαπλασιαστεί, φτάνοντας τα 39 δισ. δολάρια σε πωλήσεις έως το 2032.
Η επιτυχία των Lutathera και Pluvicto έχει οδηγήσει σε γρήγορη επέκταση των εγκαταστάσεων για την παραγωγή περισσότερου lutetium-177. Όμως οι ερευνητές ήδη σκέφτονται την επόμενη γενιά radioligand therapies. Το lutetium-177 διασπάται εκπέμποντας σωματίδια beta και μπορεί να χρειαστούν εκατοντάδες από αυτά τα γρήγορα ηλεκτρόνια για να σκοτώσουν ένα κύτταρο. Αντίθετα, ισότοπα που παράγουν βαρύτερα, πιο αργά σωματίδια άλφα μπορούν να έχουν το ίδιο θανατηφόρο αποτέλεσμα με μόλις 10 «χτυπήματα». Αν τα beta μοιάζουν με καταιγισμό από σκάγια, τα alpha μοιάζουν με χειροβομβίδα.
Έτσι, οι ερευνητές αναπτύσσουν πλέον ραδιοφάρμακα radioligand με αρκετά διαφορετικά ισότοπα που εκπέμπουν άλφα σωματίδια. Το πρόβλημα είναι ότι αυτοί οι εκπομποί άλφα είναι πολύ σπανιότεροι και πιο επικίνδυνοι στην παραγωγή. Πώς, λοιπόν, θα τους εξασφαλίσουμε;
Η πιο ακριβή ύλη στον κόσμο
Η βασική επιλογή για στοχευμένη θεραπεία με άλφα είναι το actinium-225. Το ακτίνιο είναι χημικά παρόμοιο με το lutetium, άρα είναι εύκολο να συνδεθεί με τα μόρια στόχευσης που χρησιμοποιούνται στα Lutathera και Pluvicto. Οι κλινικές δοκιμές αυτών των αναλόγων του ακτινίου έχουν ήδη προχωρήσει στα τελικά στάδια. Ένα ακόμη πλεονέκτημα είναι ότι, όταν το actinium-225 διασπάται, παράγει μια αλυσίδα θυγατρικών προϊόντων που εκπέμπουν συνολικά τέσσερα σωματίδια άλφα και μερικά beta, αυξάνοντας ενδεχομένως τη φονική του ισχύ. Η ζήτηση για το actinium-225 είναι τέτοια, λέει ο Van den Berghe, ώστε «θεωρείται γενικά το πιο ακριβό υλικό στον κόσμο». Η παγκόσμια παραγωγή είναι μικρότερη από 0,1 χιλιοστόγραμμο τον χρόνο. Σύμφωνα με υπολογισμούς του Richard Zimmermann, αναλυτή ραδιοφαρμάκων στη Chrysalium Consulting στο Lalaye της Γαλλίας, θα πρέπει να αυξηθεί 1000 φορές αν το ισότοπο πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία εκατοντάδων χιλιάδων ασθενών ετησίως.
Υπάρχουν τρεις βασικές μέθοδοι για να παραχθεί. Ορισμένες εταιρείες ξεκινούν από εγκαταλειμμένες πηγές radium brachytherapy, οι οποίες πλέον είναι τόσο πολύτιμες ώστε η Διεθνής Υπηρεσία Ατομικής Ενέργειας (IAEA) ξεκίνησε παγκόσμια προσπάθεια για την ανάκτησή τους από χώρους αποβλήτων και υπόγεια νοσοκομείων. Μικρογραμμάρια ραδίου μπορούν να εξαχθούν και να καθαριστούν από κάθε πηγή και στη συνέχεια να βομβαρδιστούν με πρωτόνια από κυκλικό επιταχυντή σωματιδίων, γνωστό ως cyclotron, ενεργοποιώντας μια αλυσίδα διάσπασης που παράγει actinium-225.
Το δεύτερο μονοπάτι αξιοποιεί το uranium-233. Το 1955, οι ΗΠΑ πυροδότησαν στη Νεβάδα μια βόμβα βασισμένη στο uranium-233, αλλά κρίθηκε αποτυχία. Στις επόμενες δεκαετίες, περίπου 2 τόνοι uranium-233 αποθηκεύτηκαν στο Oak Ridge National Laboratory στο Τενεσί, όπου σταδιακά διασπάστηκαν σε ένα μίγμα άλλων στοιχείων, ανάμεσά τους και το thorium-229.
Κάθε μήνα, η TerraPower Isotopes στο Bellevue της Ουάσιγκτον παίρνει μερικές εκατοντάδες χιλιοστόγραμμα thorium-229, το οποίο διασπάται σε actinium-225 και άλλα ισότοπα. Η εταιρεία συλλέγει το actinium-225 κάθε εβδομάδα και το αποστέλλει σε πελάτες από τα τέλη του 2024. Σε πλήρη ανάπτυξη, το σύστημα θα μπορούσε να καλύψει αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες δόσεις ασθενών τον χρόνο, λέει ο Scott Claunch, πρόεδρος της TerraPower Isotopes.
Κάποια στιγμή, όμως, αυτά τα αποθέματα θορίου μπορεί να εξαντληθούν. Γι’ αυτό η TerraPower συνεργάζεται με την PanTera, η οποία έχει αναπτύξει μια τρίτη μέθοδο παραγωγής που συνδέεται με τη φήμη του ραδίου μετά την ανακάλυψη των Curie.
Οι εταιρείες μπορούν να παράγουν ραδιοθεραπείες μέσω της διάσπασης πολλών πυρηνικών ισοτόπων Orano Med
Οι εταιρείες μπορούν να παράγουν ραδιοθεραπείες μέσω της διάσπασης πολλών πυρηνικών ισοτόπων
Το 1915, Βέλγοι μεταλλωρύχοι ανακάλυψαν εξαιρετικά πλούσια κοιτάσματα ραδίου και ουρανίου στο σημερινό Κονγκό και άρχισαν να τα εξορύσσουν. Το ορυχείο Shinkolobwe έστειλε χιλιάδες τόνους ραδιενεργού μεταλλεύματος στο Βέλγιο και παρείχε το μεγαλύτερο μέρος του ουρανίου που χρησιμοποιήθηκε στο Manhattan Project. Σήμερα, τα απομεινάρια αυτού του πλούτου φυλάσσονται στο Βελγικό Κέντρο Πυρηνικής Έρευνας, μαζί με περίπου 100 γραμμάρια καθαρού radium-226, το μεγαλύτερο απόθεμα του ισοτόπου στον κόσμο. «Με τις δυνατότητες ανάκτησης που προσφέρει η τεχνολογία μας, αυτό αρκεί για να παραχθούν περίπου 450.000 δόσεις actinium-225 τον χρόνο», λέει ο Van den Berghe.
Η διαδικασία της PanTera ξεκινά με τη ρίψη μιας έντονης δέσμης ηλεκτρονίων πάνω σε φύλλα τανταλίου. Η απότομη επιβράδυνση των ηλεκτρονίων τα αναγκάζει να αποδώσουν την ενέργειά τους ως ακτίνες Χ. «Είναι ακριβώς το ίδιο πράγμα με έναν οδοντιατρικό σωλήνα ακτίνων Χ, μόνο σε πολύ υψηλότερες ενέργειες», λέει ο Van den Berghe. Αυτές οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται για να πλήξουν έναν στόχο radium-226, μέχρι τα άτομα να απελευθερώσουν ένα νετρόνιο, σχηματίζοντας radium-225, το οποίο στη συνέχεια διασπάται σε actinium-225. Η PanTera κατασκευάζει εργοστάσιο στο Mol του Βελγίου για να εφαρμόσει αυτή τη διαδικασία σε μεγάλη κλίμακα, με στόχο να είναι πλήρως λειτουργικό το 2029.
Παρά τον ενθουσιασμό για το actinium-225, υπάρχουν και μειονεκτήματα. Πρώτον, η ανάκρουση από τη διάσπαση άλφα μπορεί να εκτινάξει το άτομο από το μοριακό του περίβλημα, επιτρέποντάς του να διαφύγει και ενδεχομένως να προκαλέσει παρενέργειες σε άλλα σημεία του σώματος. «Μόλις ξεκινήσει η πρώτη διάσπαση, έχεις χάσει τη σύνδεσή σου με το μόριο στόχευσης. Οπότε, ουσιαστικά κυκλοφορείς ελεύθερα μέσα στο σώμα», λέει ο Glenn Rosenthal, συνιδρυτής της Nusano, εταιρείας ισοτόπων κοντά στο Salt Lake City της Utah. Ένα ακόμη ζήτημα είναι η ημιζωή των 10 ημερών του actinium-225, που σημαίνει ότι οι ασθενείς διατηρούν το ισότοπο στο σώμα τους για αρκετό καιρό μετά τη θεραπεία.
Για πολλούς ερευνητές, το lead-212 μοιάζει καλύτερη επιλογή. Όπως και το actinium-225, η αλυσίδα διάσπασής του παράγει τόσο σωματίδια άλφα όσο και beta, αλλά η ημιζωή του είναι πολύ μικρότερη, μόλις 10 ώρες, πράγμα που σημαίνει ότι, αφού οι ασθενείς θεραπευτούν, η ραδιενέργεια θα υποχωρεί γρήγορα.
Το οπλοστάσιο της ραδιενέργειας
Τουλάχιστον τέσσερα διαφορετικά ισότοπα εξετάζονται ως συστατικά σε radioligand therapies, το καθένα με τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.
Lutetium-177 | Τύπος ραδιενεργής εκπομπής: Beta | Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: Χρησιμοποιείται ήδη στα αντικαρκινικά φάρμακα Lutathera και Pluvicto. Ωστόσο, η διάσπαση beta δεν είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος να σκοτώνονται τα καρκινικά κύτταρα, άρα χρειάζεται μεγαλύτερη ποσότητα ισοτόπου.
Actinium-225 | Τύπος ραδιενεργής εκπομπής: Αλυσίδα διάσπασης που περιλαμβάνει alpha και beta | Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: Χημικά παρόμοιο με το lutetium, άρα σχετικά εύκολο να ενσωματωθεί σε υπάρχοντα φάρμακα. Από την άλλη, ίσως είναι το πιο ακριβό υλικό στον κόσμο. Έχει επίσης ημιζωή 10 ημερών, πράγμα που σημαίνει ότι οι ασθενείς εκτίθενται στη ραδιενέργεια για σχετικά μεγάλο διάστημα.
Lead-212 | Τύπος ραδιενεργής εκπομπής: Αλυσίδα διάσπασης που περιλαμβάνει alpha και beta | Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: Μπορεί να παρασκευαστεί από πυρηνικά απόβλητα. Έχει ημιζωή μόλις 10 ωρών, πράγμα που σημαίνει ότι δεν παραμένει για πολύ στο σώμα των ασθενών. Πολλοί το θεωρούν πολλά υποσχόμενη επιλογή για μελλοντικές θεραπείες, ακόμη κι αν η παραγωγή του χρειάζεται χρόνο για να αυξηθεί.
Astantine-211 | Τύπος ραδιενεργής εκπομπής: Άλφα | Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: Μπορεί δυνητικά να χρησιμοποιηθεί σε φάρμακα που στοχεύουν καρκίνους του εγκεφάλου, σε αντίθεση με άλλα ισότοπα. Όμως η πολύ σύντομη ημιζωή του σημαίνει ότι δεν μπορεί να αποθηκεύεται για πολύ πριν χρησιμοποιηθεί.
Όλα αυτά εξηγούν γιατί βρέθηκα στο εργαστήριο της UKNNL, σε μια εγκατάσταση που χειρίζεται εκατοντάδες τόνους ουρανίου τον χρόνο και σπάνια δέχεται δημοσιογράφους. Αφού πέρασα από έλεγχο ασφαλείας, παρακολούθησα ενημέρωση για τα σήματα κινδύνου που πραγματικά δεν θέλω να ακούσω κατά την επίσκεψή μου. Το «Toxic Release», ένας γρήγορος, τρεμάμενος ήχος πανικού, σημαίνει ότι πρέπει να κατευθυνθώ αμέσως προς την έξοδο. Ακόμη χειρότερο είναι το «Criticality», μια ημιτονοειδής κραυγή καταστροφής, που σημαίνει πως πρέπει απλώς να τρέξω όσο πιο γρήγορα μπορώ.
Με τον εξοπλισμό ασφαλείας και τους ανιχνευτές ακτινοβολίας στη θέση τους, γνωρίζω επιτέλους την Poppy, που βρίσκεται πίσω από μια χοντρή χαλύβδινη ασπίδα ασφαλείας. Η «τροφή» της εξάγεται από πυρηνικά απόβλητα, τα οποία η ομάδα προτιμά να αποκαλεί «legacy material», και αποθηκεύονται στο πυρηνικό συγκρότημα Sellafield στην Cumbria, όπου περιέχεται uranium-232. Αυτό το ισότοπο έχει περάσει δεκαετίες διασπώμενο σε thorium-228, και αυτό ακριβώς αναζητά η ομάδα του Greenwood. Όταν οι ερευνητές τροφοδοτούν την Poppy με ένα κίτρινο διάλυμα αποβλήτων, μια ειδική ρητίνη συγκρατεί τα άτομα θορίου, αφήνοντας το ουράνιο και τα άλλα στοιχεία να περάσουν. Όταν γεμίσει πλήρως, η Poppy περιέχει λίγα νανογραμμάρια thorium-2
