Gallium-68-Generator

Ein Gallium-68-Generator, auch ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator genannt, ist ein Nuklidgenerator zur Erzeugung von radioaktiven ⁶⁸Gallium³⁺-Ionen aus dem ebenfalls radioaktiven ⁶⁸Germanium. Das aus dem Generator extrahierte ⁶⁸Gallium wird in der Nuklearmedizin zur Herstellung von Radiopharmaka für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) verwendet.

⁶⁸Gallium

Das natürlich vorkommende Element Gallium besteht aus zwei nichtradioaktiven Isotopen: ⁶⁹Ga, das einen Anteil von 60,1 % im natürlichen Gallium hat, und ⁷¹Ga, das die restlichen 39,9 % bildet. Alle anderen (also die nicht in der Natur vorkommenden Gallium-Isotope) sind radioaktiv. Das Isotop ⁶⁸Gallium zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 67,629 Minuten zu 89 % unter Aussendung eines Positrons mit maximal 1,9 MeV und zu 11 % unter Elektroneneinfang; jeweils in das stabile Isotop ⁶⁸Zink.^[1] Das – in 89 % der Zerfallsfälle – abgegebene Positron hat in der nuklearmedizinischen Anwendung eine Reichweite von nur wenigen Millimetern, dann trifft es auf ein Elektron und beide Elementarteilchen zerstrahlen (annihilieren) dabei vollständig zu zwei Photonen mit je 511 keV (Gammastrahlung). Die beiden Photonen werden dabei in einen Winkel von nahezu 180° voneinander vom Ort der Vernichtung abgestrahlt. Die abgestrahlten Photonen lassen sich mit entsprechenden Detektoren nachweisen und durch Rekonstruktion mehrerer Detektionsereignisse lässt sich der Ort der Annihilation recht genau bestimmen. Siehe dazu im Hauptartikel: Positronen-Emissions-Tomographie

⁶⁸Gallium ist mit seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften für nuklearmedizinische Untersuchungen ausgezeichnet geeignet. Die kurze Halbwertszeit passt sehr gut zur Pharmakokinetik vieler Peptide, an die es in der Diagnostik meist mit dem starken Chelator DOTA gebunden ist. Die Komplexierung der Gallium-Ionen mit DOTA ist relativ einfach und schnell. Andererseits macht die kurze Halbwertszeit von 68 Minuten einen Versand oder gar eine Vorratshaltung dieses Isotopes nahezu unmöglich. Dieses Dilemma wird jedoch mit dem ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator gelöst.

Prinzip des ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generators

Im ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator wird das benötigte Radionuklid ⁶⁸Gallium aus dem ebenfalls radioaktiven ⁶⁸Germanium erzeugt. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 270,8 Tagen und zerfällt unter Elektroneneinfang in das kurzlebigere ⁶⁸Gallium. Im Generator befindet sich das Germanium an eine unlösliche Matrix eines inerten Trägers (meist Titan(IV)-oxid) gebunden. Im Generator selbst wird durch den kontinuierlichen Zerfall des Germaniums ständig ⁶⁸Gallium gebildet, das sich aber durch den deutlich schnelleren eigenen Zerfall nicht in größeren Mengen anreichern kann. Es bildet sich daher im Generator eine weitgehend konstante Konzentration an erzeugtem (generiertem) ⁶⁸Gallium (⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Gleichgewicht). Diese Menge an ⁶⁸Gallium nimmt durch zwei Ereignisse ab:

• durch das Eluieren („Melken“) des Generators mit Hilfe eines Lösungsmittels, in dem nur ⁶⁸Ga löslich ist, nicht jedoch ⁶⁸Ge.
• die langsame Abnahme des ⁶⁸Germanium-Gehaltes, bedingt durch dessen eigenen Zerfall.

Im ersten Fall baut sich nach jeder Elution das radioaktive Gleichgewicht zwischen ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga wieder neu auf. Nach einer Halbwertszeit, das heißt 68 Minuten, ist bereits wieder die Hälfte der ursprünglichen Konzentration erreicht. Nach zwei Halbwertszeiten Dreiviertel. Üblicherweise genügt eine Wartezeit von vier bis fünf Stunden bis zur nächsten Entnahme. Der langsame Zerfall an ⁶⁸Germanium bewirkt, dass die im Generator jeweils gebildete Menge an ⁶⁸Gallium kontinuierlich abnimmt, nach 270,8 Tagen genau um die Hälfte. Die in der Praxis genutzte Standzeit eines ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator beträgt etwa ein Jahr.

Anwendung

Das im ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator erzeugte ⁶⁸Gallium wird für eine Reihe diagnostischer Untersuchungen mittels Positronen-Emissions-Tomografie verwendet. Die meisten dieser Verfahren befinden sich allerdings noch in der klinischen Erprobung. Am gebräuchlichsten ist die Belegung von Edotreotide (DOTATOC) mit ⁶⁸Gallium zu ⁶⁸Ga-DOTATOC.

Herstellung

Das in ⁶⁸Ga-Generatoren verwendete ⁶⁸Ge wird durch Bestrahlung des stabilen Isotops ⁶⁹Gallium mit beschleunigten Protonen (p,2n) hergestellt.^[2][1]

$\mathrm{{}^{69}_{31}Ga \ + \ {}^{1}_{1}p \longrightarrow {}^{68}_{32}Ge \ + \ 2 \ {}^{1}_{0}n}$

Ein Teil der Generatoren wird in Obninsk (Russland) produziert.^[3]

Perspektive

Allgemein wird dem ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator ein hohes zukünftiges Potenzial in der klinischen Anwendung prophezeit. Bisher ist die Anwendung allerdings noch auf größere nuklearmedizinische Zentren beschränkt. Der große Vorteil gegenüber den anderen in der PET üblichen Isotopen, wie beispielsweise ¹⁸F, ist, dass auf aufwändige und teure Zyklotrone in unmittelbarer Nähe verzichtet werden kann.^[4]

Siehe auch

• Technetium-99m-Generator

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} I. Velikyan: Synthesis, Characterisation and Application of ⁶⁸Ga-labelled Macromolecules. Dissertation, Universität Uppsala, 2005.
2. ↑ R. M. Lambrecht, M. Sajjad: Accelerator-derived radionuclide generators. In: Radiochim. Acta 43/1988, S. 171–179.
3. ↑ H. R. Maecke, J. P. André: 68Ga-PET radiopharmacy: A generator-based alternative to 18F-radiopharmacy. In: Ernst Schering Res Found Workshop 62/2007, S. 215–242. PMID 17172157
4. ↑ W. A. Breeman, A. M. Verbruggen: The 68Ge/ 68Ga generator has high potential, but when can we use 68Ga-labelled tracers in clinical routine? In: Eur J Nucl Med Mol Imaging 34/2007, S. 978–981. PMID 17333177

Literatur

• M. Nakayama u. a.: A new 68Ge/68Ga generator system using an organic polymer containing N-methylglucamine groups as adsorbent for 68Ge. In: Appl Radiat Isot 58/ 2003, S. 9–14. PMID 12485657
• K. P. Zhernosekov u. a.: Processing of generator-produced 68Ga for medical application. In: J Nucl Med 48/2007, S. 1741–8. PMID 17873136
• J. Lösch: Angriff der Positronenstrahler In: Einblick 4/2003, S. 2–5.
• S. Koukouraki: Comparison of the pharmacokinetics of 68Ga-DOTATOC and [18F]FDG in patients with metastatic neuroendocrine tumours scheduled for 90Y-DOTATOC therapy. In: Eur J Nucl Med Mol Imaging 33/2006, S. 1115–22. PMID 16763820
• R. C. Barrall: Purity tests of a 68Ge-68Ga generator. In: Int J Appl Radiat Isot 22/1971, S. 149–54. PMID 5574803
• M. Yamashita: A trial using tin (IV) oxide for reduction of 68Ge contamination in eluates from an ionic 68Ga generator. In: Radioisotopes 35/1986, S. 133–135. PMID 3715067
• M. Gabriel et al.: Ga68-DOTA-Tyr3-Octreotide PET in Neuroendocrine Tumors: Comparison with Somatostatin Receptor Scintigraphy and CT. In: J Nucl Med 2007 Apr; 48(4) S.508-518 PMID 17401086
• C. Decristoforo at al.: A fully automated synthesis for the preparation of Ga68-labelled peptides. In: Nuclear Medicine Communications 2007 Nov; 28(11) S.870-5 PMID 17901771

Weblinks

•  Wikibooks: Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin/ Produktion von Radionukliden – Lern- und Lehrmaterialien
• Universität Rostock, Radiochemie II (PDF-Datei; 318 kB)