作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2013-12-18 8:10:33
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锝危机或使大剂量辐射逼近癌症检查

 
锝短缺给医院带来的影响不亚于停电。没有人知道这次事件造成了多大程度的损失,但结果非常严重。
 

很多诊断扫描依赖放射性同位素锝-99m。 
图片来源:LARRY MULVEHILL
 
出于设备修理和维护原因,两个核研究反应堆于几年前关闭。这并不让人惊奇,半个世纪前类似的事情就发生过。但这些反应堆生产的恰好是世界上大部分的放射性示踪剂锝-99m,这种医用同位素被广泛用于心脏病和其他病症的扫描诊断、癌症检查和治疗。每天,医院利用锝-99m进行诊断性扫描的次数达7万次。全世界的医院开始陷入恐慌。
 
由于缺乏这种至关重要的同位素,医生取消了扫描,推后了操作,或者不得已采用更古老的诊断技术——将患者暴露在大剂量的辐射下。荷兰高通量反应堆(受影响的反应堆之一)的管理者Ronald Schram说:“锝短缺给医院带来的影响不亚于停电。”鹿特丹市伊拉斯莫斯医学中心核医学科主任Fred Verzijlbergen说,没有人知道这次事件造成了多大程度的损失,但“结果非常严重。很多医院长达数周无锝可用”。
 
这次事故凸显出世界范围内医用锝供应链非常脆弱,严重依赖4个建于20世纪50~60年代的由政府资助的反应堆。同位素供应已经遭受了一次又一次的打击,最近的一次发生在上个月——加拿大安大略省粉笔河反应堆和另外两个反应堆意外地同时停止运行数日,全球医用同位素出现短缺。粉笔河反应堆的生产量占当前全球供应量的1/3,计划于2016年停止生产同位素。
 
但对于核能工程师Greg Piefer来说,危机中蕴藏着机会。2005年,Piefer获得美国威斯康星大学麦迪逊分校核子工程学博士学位,他希望找出一种方法,通过使用粒子加速器而非核反应堆,使铀转化为锝。当时他的设想并未得到重视。然而,在2009年两个核反应堆关闭后,政治家尤其是美国的政客要求开发医用同位素的新生产方法,因为美国的医用锝需求量占世界的50%,但却没有本土生产能力,无法自给自足。Piefer的想法和其他跃跃欲试的企业一下子处在了舆论焦点。
 
技术挑战
 
包括Piefer的SHINE医务技术公司在内,至少5家北美公司正在研制开创性方法,以在未来几年内生产医用同位素。目前还不清楚哪家公司会脱颖而出,他们是否能够找到替代传统反应堆的新方法以避免新一轮的同位素短缺。
 
锝-99m常被称作现代医学成像的主力,因为就全世界核医学放射性同位素的使用而言,锝-99m所占比例达80%。锝-99m能附着于分子上,进而作用于目标器官。之后,单光子发射计算机断层扫描(SPECT)技术会接收到同位素所发出的光。这种测试用来检测血液流入心脏肌肉过程中的流动情况,发现癌症是否已经扩散到骨骼,评估大脑中的血流量。
 
锝-99m的半衰期只有6小时,无法长时间保存。目前的主要制取方法是用核反应堆处理高浓缩铀,生成放射性同位素钼-99,随后运往各医疗机构。钼-99会衰变成锝-99m,用于造影检查。
 
比利时BR2反应堆管理者Benard Ponsard说,核反应堆是生产钼的最有效方法。很多人对此观点表示赞同。20世纪90年代,加拿大计划用新反应堆缓解已经存在的资金短缺,但在2008年,由于出现技术问题——维修成本过高,这些反应堆装置被封存。其他国家因此正加速研究以弥补这一空缺。BR2计划于2014年年底前升级其医用同位素生产能力。澳大利亚南悉尼OPAL反应堆计划于2017年前将其同位素产量扩大4倍。
 
这些举措极大提高了核反应堆的生产能力,但仍存在一些问题。美国国家同位素发展中心主任Robert Atcher指出,一旦发生故障,新反应堆可能无法提供足够的同位素以度过危机。2009年,美国能源部成立美国国家同位素发展中心,旨在帮助管理同位素的分配。
 
价格上涨
 
更关键的是,利用核反应堆生产同位素钼的成本正在飞涨,由于反应堆主要用于科研,并主要受东道国政府资助,然后再以低于市场的价格出售钼。经济合作与发展组织(OECD)核能机构(NEA)称,这意味着企业没有什么动力去投资新的生产设备。
 
NEA已经采纳了一个方案,要求结束政府补贴。NEA核开发主管Ron Cameron说,核反应堆生产的钼的价格将增加7倍。与此同时,美国已经决定停止出口高浓缩铀,因为高浓缩铀可能被拦截用于制造核武器。截止到2020年,反应堆将不得不使用低浓缩铀燃料生产钼,这将使钼生产成本再提高40%。Atcher说,最终价格将“高得离谱”,他猜测钼的价格可能增长15倍。
 
这将导致人们更多寻求替代品。与其依靠为数不多的几家遥远的生产中心,不如医院可以从当地设施中获得医用同位素。TRIUMF核医学部门主管Paul Schaffer说,在医院所在地建造医用回旋加速器只需花费几百万美元。TRIUMF是一家位于加拿大温哥华市的粒子物理学和核能实验室,Schaffer领导的团队正在践行这一设想。
 
6月,TRIUMF团队宣布,升级后的回旋加速器所产出的锝能满足整个温哥华市的需要。TRIUMF发言人Tim Meyer说:“加拿大已经存在的十几台回旋加速器能覆盖90%的人口和50%的地域范围。”很多医院已经开始使用内部回旋加速器生产医用同位素,该方法可应用于更高级的正电子放射断层造影术。该团队目前正在等待加拿大卫生部的批准,该部将确认其生产的锝的安全性。
 
其他国家似乎也对这一新方法感兴趣。加拿大里士满的一家名为先进回旋加速器系统的公司目前正致力于利用回旋加速器生产锝,英国、沙特阿拉伯、泰国等国的公司也纷纷向其咨询。该公司市场及商业开发部门副主管John Taylor-Wilson说:“此举使很多国家的卫生机构非常兴奋。”
 
奇思妙想
 
相较于Schaffer的回旋加速器模式,Piefer的想法并不那么激进。Piefer的团队希望坚持现有的分配制度,但须克服核反应堆生产成本过高的劣势。
 
Piefer希望在威斯康星州简斯维尔建造新设施,他说这样能提供美国所需锝的50%,约占世界总需求的1/4。但建造仍未开始,因为SHINE和任何其他涉及铀使用的公司一样,需要等待来自美国核管理委员会的许可。除了能源部的拨款和已获得的共计3000万美元的投资外,SHINE还须筹集1.5亿美元。Piefer说:“如果资金到位,预计2016年年底可以开工。”与此同时,粉笔河反应堆也将结束它的使命。
 
Piefer将面临激烈竞争。同样位于威斯康星州麦迪逊市的另一家医用同位素创新型公司北极星,也希望在未来几年里提供美国所需医用同位素的50%。从长远来看,北极星第二阶段的产量将翻番。Piefer说:“对手极具竞争力。”
 
3月,北极星向美国食品药品监督管理局提交了一份新药申请,意在证明其所生产的锝和用传统方法生产的锝质量不相上下。北极星首席科学官James Harvey说,北极星希望在今年年底收到答复。
 
Atcher对北极星和SHINE均持怀疑态度。他说:“总而言之,这两家创业公司都还处于起步阶段,都在摸着石头过河,2016年并不遥远,让我们拭目以待两家公司的成果。”(段歆涔) (原标题《大剂量辐射逼近癌症检查?》)
 
《中国科学报》 (2013-12-18 第3版 国际)
 
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