DGA樹脂輔助的循環(huán)淋洗技術(shù)制備無(wú)載體镥[177Lu]

卓連剛，楊宇川，岳海東，熊曉玲，王關(guān)全，王海麟，楊 林，林青川，陳琪萍，涂 俊，魏洪源

(1.中國(guó)工程物理研究院 核物理與化學(xué)研究所，四川 綿陽(yáng) 621999；2.國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)核技術(shù)醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(綿陽(yáng)市中心醫(yī)院)，四川 綿陽(yáng) 621099；3.醫(yī)學(xué)與分子影像四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽(yáng) 621999)

177Lu主要發(fā)射β射線(T1/2= 6.734 d，Eβ(max)=0.497 MeV)，其能量適合腫瘤的放射性靶向治療，伴隨β射線發(fā)射的低能γ射線(Eγ=113 keV(6.6%)，208 keV(11%))可以進(jìn)行SPECT顯像。近年來(lái)，177Lu放射性藥物逐步進(jìn)入到臨床使用，特別是應(yīng)用177Lu標(biāo)記的靶向藥物治療前列腺癌和神經(jīng)內(nèi)分泌癌及其轉(zhuǎn)移病灶取得令人矚目的效果[1-2]。歐盟和美國(guó)分別于2017年底和2018年1月批準(zhǔn)AAA公司的首例177Lu放射性藥物L(fēng)utathera上市，用于胃腸胰腺神經(jīng)分泌腫瘤(GEN-NETs)成人患者的治療[1,3]。177Lu藥物的快速發(fā)展使得177Lu的市場(chǎng)需求急劇增加。因比活度高、副作用更低，臨床使用的177Lu主要是無(wú)載體177Lu。無(wú)載體177Lu經(jīng)176Yb(n,γ)177Yb→177Lu反應(yīng)后，通過(guò)分離提純獲得。該方案可以得到高比活度的177Lu(一般>80 Ci/mg)，該方法的比活度主要取決于分離工藝，不依賴堆功率，絕大多數(shù)反應(yīng)堆都可以滿足堆照要求，且不會(huì)有長(zhǎng)半衰期雜質(zhì)177mLu[4]。

國(guó)內(nèi)無(wú)載體177Lu主要通過(guò)進(jìn)口獲得，國(guó)內(nèi)供應(yīng)能力不足也造成了國(guó)內(nèi)相關(guān)藥物的研究和臨床均受到制約，發(fā)展緩慢。加快研發(fā)國(guó)產(chǎn)化無(wú)載體177Lu的規(guī)模化生產(chǎn)關(guān)鍵工藝、研制生產(chǎn)裝置、建立生產(chǎn)線是打破目前177Lu放射性藥物發(fā)展僵局的關(guān)鍵[9]。在無(wú)載體177Lu的生產(chǎn)工藝中，從大量輻照后176Yb2O3靶料中提取微量177Lu(約0.01%w/w)是工藝的核心技術(shù)。通過(guò)前期研究，中國(guó)綿陽(yáng)研究堆(CMRR)開發(fā)了一種新型、專用于177Lu制備的M18Ⅱ型樹脂。在已報(bào)道文獻(xiàn)中，LN2鑭系樹脂分離176Yb/177Lu流程(以處理的176Yb量計(jì))廢液產(chǎn)生量約為11 mL/mg176Yb[5]。在前期使用自研的M18Ⅱ型樹脂進(jìn)行的研究中，廢液產(chǎn)生量7～10 mL/mg176Yb。在規(guī)?；a(chǎn)中，年預(yù)計(jì)處理量300 g176Yb靶料(約3 000 Ci/a產(chǎn)量)，會(huì)產(chǎn)生約2 100～3 000 L高放高酸度廢液。該廢液放射性較高，需在熱室中存放約3～6月后移出繼續(xù)存放，直到衰變至低放廢液或者達(dá)到解控標(biāo)準(zhǔn)(>2 a)，占據(jù)大量熱室空間和低放廢液存儲(chǔ)空間。

為解決以上問題，本研究在樹脂分離純化177Lu的流程中加入可用于吸附洗脫液中金屬離子的DGA樹脂柱，通過(guò)特殊的流路連接方式，實(shí)現(xiàn)洗脫酸液的在線再生，并同步進(jìn)行M18Ⅱ型樹脂柱淋洗，僅使用少量酸液就可完成淋洗過(guò)程。通過(guò)在示蹤實(shí)驗(yàn)和三批次無(wú)載體177Lu生產(chǎn)驗(yàn)證，證明該技術(shù)在大幅度降低廢液同時(shí)，未對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響，有望用于未來(lái)規(guī)?；a(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 主要儀器和裝置

無(wú)載體177Lu制備裝置和相關(guān)屏蔽裝置：自組裝；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：美國(guó)安捷倫科技有限公司，5100 ICP-OES；γ譜儀：堪培拉公司，BE3830；放射性薄層色譜掃描儀：Eckert & Ziegler，AR-2000；放射性在線探測(cè)器：Eckert&Ziegler，F(xiàn)LOWCOUNT。

1.2 主要材料和試劑

176Yb2O3：176Yb富集度99.33%，ROSATOM；M18Ⅱ鑭系樹脂柱：自產(chǎn)，預(yù)填裝到450 cm3石英樹脂柱上；DGA樹脂柱：TRISKIM生產(chǎn)DGA breached樹脂，預(yù)填裝到80 cm3和5 cm3樹脂柱上；其他化學(xué)試劑：阿拉丁試劑有限公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 在線循環(huán)淋洗流路搭建

通過(guò)中國(guó)綿陽(yáng)研究堆(CMRR)開發(fā)的M18Ⅱ型樹脂，其單級(jí)樹脂分離176Yb/177Lu的流程示于圖1。過(guò)程簡(jiǎn)要描述為1) a/a’步驟：將低酸度176Yb/177Lu混合溶液上樣到鑭系樹脂柱上；2) b/b’步驟：用約10 BV(柱體積)的1.8 mol/L硝酸淋洗，洗脫主要的176Yb，該溶液進(jìn)行靶件回收處理后，流出溶液為1.8 mol/L硝酸廢液；3) c/c’步驟：用約4 BV的3.6 mol/L硝酸淋洗，洗脫鑭系樹脂柱上的177Lu和少量176Yb，并用DGA樹脂吸附其中的177Lu和Yb離子，流出溶液為3.6 mol/L硝酸廢液；4) d/d’步驟：用少量0.05 mol/L鹽酸洗脫DGA樹脂柱上的Lu(和Yb)，所獲得的溶液用于下一級(jí)分離或者形成無(wú)載體177Lu產(chǎn)品。

圖1 常規(guī)柱純化177Lu的淋洗流程及廢液Fig.1 Conventional purification process of 177Lu on resin column and the waste liquid

以上分離流程的每個(gè)步驟產(chǎn)生的流出液(經(jīng)過(guò)適當(dāng)后處理)均會(huì)成為放射性廢液，強(qiáng)酸性放射性廢液存儲(chǔ)和處理都將提高生產(chǎn)成本，對(duì)環(huán)境不友好。

本研究示蹤驗(yàn)證流路搭建如圖2所示，將M18Ⅱ型樹脂柱(450 cm3)、兩支DGA-B樹脂柱(80 cm3和5 cm3)接入到淋洗流路中。M18Ⅱ型樹脂柱(冷實(shí)驗(yàn)研究中)可分離1 g/0.1 mg Yb2O3/Lu混合物。在通過(guò)圖1中的c/c’步驟收集的Yb/Lu混合物中含有7～8 mg Yb(約0.8%的上樣Yb)和0.1 mg Lu(約100%的上樣Lu)，分離流程產(chǎn)生約6 800 mL廢液。按照1 g上樣量，M18Ⅱ型樹脂分離后，在圖2步驟B有990～1 000 mg被洗脫。DGA-B樹脂吸附Y(jié)b/Lu性能約為20 mg/mL，保留約60%吸附余量，選擇80 cm3DGA-B樹脂柱。在步驟C中，僅有約10 mg Yb/Lu混合物，理論上僅需要約0.5 cm3DGA-B樹脂即可完全吸附。但是考慮到過(guò)低的DGA-B樹脂柱體積無(wú)法匹配M18Ⅱ型樹脂柱的淋洗速度(30 mL/min)，故步驟C選擇了5 cm3DGA-B樹脂，以保障Yb/Lu被完全吸附時(shí)，其流速又能夠與M18Ⅱ型樹脂柱流速匹配。液相流路用放射性探頭探測(cè)鑭系樹脂出口端管路的放射性含量情況，記錄并輔助判定分離過(guò)程。

圖2 循環(huán)淋洗純化177Lu的淋洗流程及廢液產(chǎn)生Fig.2 Cyclic elution purification process of 177Lu on resin column and the waste liquid

2.2 示蹤溶液配制

約5 mg176Yb2O3靶料經(jīng)過(guò)輻照(8×1013cm2·s，約7 d)后(含有放射性177Lu和175Yb)，用少量8 mol/L硝酸溶解靶料，并用水稀釋到10 mL，得輻照靶件溶解液。取1 g Yb2O3，用硝酸溶解，并用水稀釋約80 mL，向其中加入100 μL 1 000 ppm的Lu標(biāo)準(zhǔn)溶液和以上輻照靶件溶解液1 mL，混勻后即得到示蹤上樣溶液。

2.3 在線循環(huán)淋洗流程的示蹤驗(yàn)證

步驟A：包含圖2中A和A’相關(guān)內(nèi)容，將示蹤上樣液加載到M18Ⅱ型樹脂柱上，通過(guò)A’管路將中轉(zhuǎn)瓶中廢液移除。步驟B(176Yb循環(huán)淋洗流程)包含圖2中(B1和B1’)-(B2)-(B3和B3’)。分步驟B1和B1’：向1.8 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶中加入1.8 mol/L硝酸，并開始進(jìn)行放射性監(jiān)測(cè)，淋洗M18Ⅱ型樹脂柱，合計(jì)450 mL淋洗液。M18Ⅱ型樹脂柱流出溶液進(jìn)入中轉(zhuǎn)瓶，通過(guò)B1’管路將中轉(zhuǎn)瓶中廢液移除。本過(guò)程產(chǎn)生廢液約450 mL。分步驟B2-B3-B3’：向1.8 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶中加入130 mL的1.8 mol/L硝酸。淋洗M18Ⅱ型樹脂柱，將從M18Ⅱ型樹脂柱中流出的溶液注入中轉(zhuǎn)瓶中，同時(shí)通過(guò)流路B3’將該溶液注入到DGA-B樹脂柱A2中，從樹脂柱A2流出的溶液直接流入1.8 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶，直到放射性探測(cè)器顯示Yb核素已經(jīng)完全流出。分步驟B4：關(guān)閉B4’流路，然后將1.8 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶中溶液移除，這些廢液體積理論上為130 mL，即步驟B4產(chǎn)生的廢液。

步驟C(177Lu循環(huán)淋洗流程)包含圖2中(C1)-(C2和C2’)-(C3)相關(guān)內(nèi)容。分步驟C1-C2-C2’：向3.6 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶中加入100 mL的3.6 mol/L硝酸。淋洗M18Ⅱ型樹脂柱，將從M18Ⅱ型樹脂柱中流出的溶液注入中轉(zhuǎn)瓶中，同時(shí)通過(guò)流路C2’該溶液注入到DGA-B樹脂柱A3中，從A3中流出的溶液直接流入3.6 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶，直到放射性探測(cè)器顯示177Lu完全淋洗。分步驟C3：將3.6 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶中溶液移除，這些廢液體積理論上為100 mL，即步驟C產(chǎn)生的廢液。步驟D：0.05 mol/L鹽酸(約100 mL)洗脫DGA-B樹脂柱A3，其中含有主要的Lu和部分Yb，DGA-B樹脂柱Ⅱ洗脫溶液被全部收集，用于下一級(jí)分離。

2.4 在線循環(huán)淋洗在生產(chǎn)中的驗(yàn)證

176Yb2O3靶料(三次工藝驗(yàn)證使用靶料依次為0.8、1、1 g)經(jīng)過(guò)CMRR輻照后，硝酸溶解靶料，并用水稀釋到約80 mL。上樣到圖2的在線循環(huán)流路中進(jìn)行分離。分離獲得的溶液(即步驟D獲得溶液)再經(jīng)過(guò)兩級(jí)鑭系樹脂柱分離(其流程見圖1，第二級(jí)M18Ⅱ型樹脂柱體積約60 cm3，第三級(jí)M18Ⅱ型樹脂柱體積約20 cm3)，獲得無(wú)載體177Lu產(chǎn)品。

2.5 產(chǎn)品檢測(cè)

使用高純鍺γ譜儀檢測(cè)所獲得無(wú)載體177Lu產(chǎn)品的放射性核純度，使用ICP-OES檢測(cè)其中的Yb、Fe、Cu、Zn、Pb、Lu等金屬含量，并計(jì)算金屬雜質(zhì)含量與177Lu比活度，活度計(jì)檢測(cè)活度并計(jì)算其比活度。使用歐洲藥典EP 9.3方法[10]，和放射性薄層色譜掃描儀測(cè)試其放化純度。其他檢驗(yàn)項(xiàng)參考《中華人民共和國(guó)藥典2020版》相關(guān)方法進(jìn)行測(cè)試。

3 結(jié)果與討論

3.1 在線循環(huán)淋洗流路和流程設(shè)計(jì)

基于鑭系樹脂的分離流程中產(chǎn)生的廢液主要來(lái)源于淋洗液，即分離過(guò)程中的1.8 mol/L硝酸和3.6 mol/L硝酸洗脫劑都成為廢液。淋洗液體積總量與柱填料量、淋洗液流速、上樣量等參數(shù)相關(guān)，為保持最優(yōu)分離效率，關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)保持穩(wěn)定。設(shè)計(jì)了一種可以將淋洗流程中廢液循環(huán)使用的方式，以降低整體廢液量。以圖1中b/b’步驟為例，引入DGA樹脂柱(圖2中80 cm3DGA-B樹脂柱)，將M18Ⅱ型樹脂b’步驟中流出的溶液(含有大量176Yb)中的176Yb離子全部吸附，則從DGA樹脂柱中流出的溶液(新的1.8 mol/L硝酸)理論上可以繼續(xù)回到1.8 mol/L儲(chǔ)液瓶中繼續(xù)用于M18Ⅱ型樹脂的淋洗流程。而“吸附176Yb-再生1.8 mol/L硝酸”的步驟與M18Ⅱ淋洗流程同步進(jìn)行，那么最終的廢液理論上就只有最初加入到1.8 mol/L硝酸儲(chǔ)液瓶中的硝酸。圖2左側(cè)B步驟即為圖1中的b/b’步驟引入80 cm3DGA-B樹脂柱后形成循環(huán)淋洗流程，步驟c/c’也可實(shí)現(xiàn)類似流程(見圖2中右側(cè)C步驟)。相較于文獻(xiàn)和常規(guī)的柱分離流程(圖1)，在線循環(huán)淋洗流程可以將淋洗液直接循環(huán)利用，無(wú)需持續(xù)加入淋洗液。這樣可以用極少量的淋洗溶液就可以替代常規(guī)淋洗中大量淋洗液，大幅度降低最終廢液體積。在無(wú)載體177Lu生產(chǎn)工藝的第一級(jí)分離中使用在線循環(huán)淋洗流程，廢液降低>86%(示蹤實(shí)驗(yàn)和三次生產(chǎn)驗(yàn)證)。

3.2 在線循環(huán)淋洗的示蹤驗(yàn)證

圖2標(biāo)注的是單次分離約1 g靶料的第一級(jí)分離流程，其包含兩個(gè)循環(huán)淋洗流程，分別是步驟B和步驟C。步驟B的作用是分離176Yb，包含(B1和B1’)-(B2)-(B3和B3’)等多個(gè)分步驟。其中，步驟B1和B1’主要用于平衡流路中的酸度，避免上樣過(guò)程中的低濃度酸影響循環(huán)淋洗過(guò)程中的酸度，該過(guò)程所有淋洗液(約450 mL)全部進(jìn)入廢液，也是廢液最多的分步驟。B2-B3-B3’是循環(huán)淋洗，僅使用約130 mL溶液進(jìn)行循環(huán)。步驟B分離過(guò)程中，通過(guò)在M18Ⅱ型樹脂柱出口監(jiān)測(cè)放射性強(qiáng)度(圖3)，發(fā)現(xiàn)175Yb放射性信號(hào)從約70 min時(shí)快速上升，在約79 min時(shí)達(dá)到最高后逐步下降，直到172 min(圖3中標(biāo)注為t1)，175Yb放射性信號(hào)下降到接近波谷位置，即可切換至C步驟。在步驟C中，分步驟C1-C2-C2’流程使用高濃度硝酸約100 mL即完成循環(huán)淋洗。淋洗的放射性監(jiān)測(cè)在圖3中172～271 min，該過(guò)程中主要放射性核素為177Lu。圖3中，175Yb和177Lu放射性峰分離界限明晰，分離效果好。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)試該分離流程產(chǎn)生廢液合計(jì)約710 mL(含上樣廢液、步驟B、步驟C等合計(jì)，實(shí)測(cè)總量)。相較于常規(guī)流程預(yù)期的6 800 mL廢液，示蹤實(shí)驗(yàn)的廢液量下降約90%。

圖3 示蹤循環(huán)淋洗中放射性監(jiān)測(cè)Fig.3 Radioactive monitoring in tracer text

3.3 在線循環(huán)淋洗在生產(chǎn)中的驗(yàn)證

實(shí)際177Lu生產(chǎn)過(guò)程采用三級(jí)分離流程，依次使用450、60、20 cm3樹脂柱對(duì)176Yb/177Lu混合物進(jìn)行分離提純。在線循環(huán)淋洗技術(shù)的裝置流路和操作過(guò)程比常規(guī)生產(chǎn)流程復(fù)雜，第二級(jí)和第三級(jí)的廢液量不高(<1 000 mL和<300 mL)，如采用循環(huán)淋洗，廢液量降低值相比總廢液量影響不大，故第二級(jí)和第三級(jí)分離未使用循環(huán)淋洗。在實(shí)際生產(chǎn)流程中，因第一級(jí)分離流程產(chǎn)生廢液量約6.8 L，是177Lu生產(chǎn)過(guò)程中廢液的主要來(lái)源，故僅第一級(jí)分離采用在線循環(huán)淋洗。

生產(chǎn)驗(yàn)證采用三批次，靶料量分別為0.8、1、1 g176Yb2O3靶料輻照后上樣分離，最終獲得177Lu產(chǎn)品依次為6.6、8.8、13.6 Ci。生產(chǎn)過(guò)程中，第一級(jí)廢液量840～900 mL。相較于常規(guī)分離方式產(chǎn)生廢液(約6 800 mL)，在線循環(huán)將廢液量降低>86%。

3.4 產(chǎn)品檢測(cè)

對(duì)本次驗(yàn)證獲得的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，參考國(guó)內(nèi)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和歐洲藥典標(biāo)準(zhǔn)編制出廠標(biāo)準(zhǔn)，三批次產(chǎn)品所有指標(biāo)均滿足出廠標(biāo)準(zhǔn)(表1)。說(shuō)明使用在線循環(huán)淋洗技術(shù)并未對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響。

表1 177Lu產(chǎn)品質(zhì)檢結(jié)果Table 1 Quality of 177Lu solution

4 結(jié)論

本研究創(chuàng)新性地將用于吸附洗脫液中金屬離子的DGA樹脂柱應(yīng)用到分離純化177Lu的流程中，并通過(guò)特殊的流路連接方式，可實(shí)現(xiàn)洗脫液在線再生和同步進(jìn)行M18型樹脂柱淋洗，僅使用少量酸液即完成淋洗過(guò)程。示蹤實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)可大幅降低單級(jí)鑭系樹脂分離時(shí)的放射性酸廢液體積。三批次無(wú)載體177Lu生產(chǎn)中驗(yàn)證表明，第一級(jí)分離廢液量降低>86%。該技術(shù)獲得的無(wú)載體177Lu產(chǎn)品金屬雜質(zhì)含量、比活度、放化純度、核純等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到出廠標(biāo)準(zhǔn)，符合質(zhì)量要求。本研究大幅度降低了鑭系樹脂分離制備無(wú)載體177Lu生產(chǎn)中產(chǎn)生的放射性廢液量，將會(huì)在更大規(guī)模的生產(chǎn)中應(yīng)用。