Ciclotrone

Creare la “materia prima” dell’imaging PET

Il ciclotrone è un acceleratore circolare di particelle cariche che viene utilizzato per produrre i radionuclidi utilizzati nell’imaging nucleare, e in particolare nella Tomografia a Emissione di Positroni (PET). E’ quindi corretto affermare che il ciclotrone rappresenta il primo anello della lunga catena di processi, tecnologie e risorse che compongono la “filiera” dell’imaging PET, sia in ambito di diagnostica clinica che nella ricerca preclinica e traslazionale. In IFC, i radionuclidi qui prodotti vengono successivamente trasformati in radiotraccianti iniettabili nei laboratori dell’Officina Farmaceutica (per la produzione secondo norme GMP di radiofarmaci ad uso clinico) e della Radiofarmacia Sperimentale (per la radiomarcatura di sonde molecolari customizzate per la ricerca biomedica).

Opportunità per la ricerca

Il ciclotrone installato presso il nostro Istituto (PETTrace 860, General Electric HealthCare, Uppsala, Svezia) accelera ioni H⁻ e D⁻ rispettivamente a energie di 16.5 MeV e 8.4 MeV, ed è stato recentemente potenziato (2019-2020) per consentire una corrente di fascio massima di 100 µA (50 µA + 50 µA in modalità “dual beam”).

L’acceleratore è dotato di 6 diverse porte di uscita, sulle quali sono installati contenitori portabersaglio per la produzione, ad esempio, di ¹⁸F-fluoruro mediante reazione ¹⁸O(p,n)¹⁸F su target liquido, ¹³N in forma di ammoniaca marcata mediante reazione ¹⁶O(p,α)¹³N su target liquido, e ¹¹C in forma di CO₂ mediante reazione ¹⁴N(p,α)¹¹C su target gassoso (solo per citare i processi più comunemente utilizzati). La possibilità di produrre in-house questi radionuclidi rappresenta un’opportunità unica, non replicabile con metodi alternativi (come ad es. i generatori di radionuclidi) in termini di potenziali applicazioni in ambito radiochimico/radiofarmaceutico e della produzione di “sonde” per la ricerca nell’imaging molecolare.

Il nostro Istituto vanta una lunga storia e una pluridecennale esperienza nell’uso di questo tipo di tecnologia in ambito PET, avendo ospitato il primo impianto italiano dotato di ciclotrone per produzione di radionuclidi ad uso diagnostico nel 1985 (CGR MeV CYPRIS 325, presso la prima sede di IFC nell’area dell’Ospedale S. Chiara).

Ancora oggi, si tratta dell’unico impianto di ciclotrone installato e gestito interamente da un Istituto del CNR.

Il ciclotrone a ioni negativi GE PETTrace, e il suo principio di funzionamento.

La sicurezza al centro

L’acceleratore è installato in un impianto dotato di bunker schermato sotterraneo, degli idonei sistemi di sicurezza attivi e passivi richiesti per apparecchiature di questo tipo, e soggetto a nulla osta autorizzativo di Categoria A rilasciato dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica ai sensi del D.Lgs. 101/2020 e s.m.i. Oltre alla collaborazione continua con il personale dei laboratori di radiochimica per gli aspetti più operativi, e alla presenza di personale tecnico specificamente formato direttamente dai costruttori di Uppsala per il troubleshooting (H24), la gestione operativa dell’impianto (acceleratore e sistemi ad esso collegati, oltre che i sistemi di sicurezza) richiede la stretta sinergia con l’Esperto di Radioprotezione (ERP) e l’Ufficio Sicurezza di IFC, nel rispetto della normativa vigente. Infatti, tra le attività del nostro gruppo di lavoro, vi è anche la gestione delle pratiche per il rilascio e l’aggiornamento delle autorizzazioni in ambito di radioprotezione, in collaborazione con l’ERP, e l’interazione con gli organi di vigilanza (ISIN, INAIL).