JPWO2019112034A1 - アスタチンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
アスタチン−２１１を高収率で分離精製し、溶液に溶解することができる方法を提供すること。ビスマスにα線を照射し、該ビスマス中にアスタチン−２１１を生成する工程、および該α線を照射したビスマスを、不活性ガス、Ｏ２およびＨ２Ｏを含有するキャリアガスを用いて蒸留し、アスタチン−２１１を分離精製して、溶液に溶解する工程を包含する、アスタチン−２１１の製造方法。
Description
本発明は、アスタチンの製造方法に関する。
α線放出核種であるアスタチン−２１１（Ａｔ−２１１）は、１９５０年代からα線内用療法への利用が期待され、近年になって臨床応用に向けた研究が盛んに行われ始めている。アスタチンを臨床研究に応用するためには、まず加速器を用いて金属ビスマス標的にαビームを照射してアスタチンを生成した後、金属ビスマスからアスタチンを分離精製するとともに、次に行う標識薬剤合成のためのアスタチン溶液を調製する必要がある。アスタチン分離精製法としては、乾式法および湿式法が用いられている。湿式法では、アスタチンを含む金属ビスマスを溶解後、溶媒抽出を行うため、試薬由来の不純物が混入する欠点がある。一方、乾式法では、アスタチンを含む金属ビスマスを加熱してアスタチンを蒸留分離し、気流搬送して冷却トラップした後、それを溶液で溶解するため、不純物の混入が極めて少ない。しかしながら、従来の乾式法では、アスタチンの回収率を上げるために溶液に酸化剤（非特許文献１）や水酸化ナトリウム（非特許文献２）を添加する必要があり、次の工程であるアスタチン標識薬剤の合成条件には化学的な制約が課せられている。そのため、液性が自由に選択でき、かつ高濃度のアスタチン溶液を安定して高収率で得る新しい手法が求められている。
E. Aneheim et al., Scientific Reports, 5, 12025 (2015).
K. Nagatsu et al., Applied Radiation and Isotopes, 94, 363-371 (2014).
本発明の目的は、アスタチン−２１１を標識薬剤合成のための溶液として高収率で調製することができる方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、αビームを照射した金属ビスマス標的を不活性ガス、Ｏ２およびＨ２Ｏを含有するキャリアガスを用いて蒸留することにより、アスタチン−２１１を高収率で分離精製し、溶液に簡便に溶解することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
［１］金属ビスマス標的にα線を照射し、該ビスマス標的中にアスタチン−２１１を生成する工程、および
該α線を照射したビスマス標的を、不活性ガス、Ｏ２およびＨ２Ｏを含有するキャリアガスを用いて蒸留し、アスタチン−２１１を分離精製して、溶液に溶解する工程
を包含する、アスタチン−２１１の製造方法。
［２］不活性ガスがＨｅまたはＮ２である、［１］記載の方法。
［３］キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比が９９：１〜５１：４９であり、かつＨ２Ｏの含有量が１〜１５μｇ／ｃｍ３である、［１］または［２］記載の方法。
［４］キャリアガスの流量が、５〜４０ｍＬ／分である、［１］〜［３］のいずれか１項記載の方法。
［５］蒸留温度が、５００〜８５０℃である、［１］〜［４］のいずれか１項記載の方法。
すなわち、本発明は以下の通りである。
［１］金属ビスマス標的にα線を照射し、該ビスマス標的中にアスタチン−２１１を生成する工程、および
該α線を照射したビスマス標的を、不活性ガス、Ｏ２およびＨ２Ｏを含有するキャリアガスを用いて蒸留し、アスタチン−２１１を分離精製して、溶液に溶解する工程
を包含する、アスタチン−２１１の製造方法。
［２］不活性ガスがＨｅまたはＮ２である、［１］記載の方法。
［３］キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比が９９：１〜５１：４９であり、かつＨ２Ｏの含有量が１〜１５μｇ／ｃｍ３である、［１］または［２］記載の方法。
［４］キャリアガスの流量が、５〜４０ｍＬ／分である、［１］〜［３］のいずれか１項記載の方法。
［５］蒸留温度が、５００〜８５０℃である、［１］〜［４］のいずれか１項記載の方法。
本発明によれば、アスタチン−２１１を高収率で分離精製し、溶液に溶解することができる方法が提供される。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のアスタチン−２１１の製造方法は、
金属ビスマス標的にαビームを照射し、該ビスマス標的中にアスタチン−２１１を生成する工程（以下、工程１と称する）、および
該α線を照射したビスマス標的を、不活性ガス、Ｏ２およびＨ２Ｏを含有するキャリアガスを用いて蒸留し、アスタチン−２１１を分離精製して、溶液に溶解する工程（以下、工程２と称する）
を包含する。
本発明のアスタチン−２１１の製造方法は、
金属ビスマス標的にαビームを照射し、該ビスマス標的中にアスタチン−２１１を生成する工程（以下、工程１と称する）、および
該α線を照射したビスマス標的を、不活性ガス、Ｏ２およびＨ２Ｏを含有するキャリアガスを用いて蒸留し、アスタチン−２１１を分離精製して、溶液に溶解する工程（以下、工程２と称する）
を包含する。
（工程１）
金属ビスマス標的へのαビームの照射は、加速器を用いて行う。加速器としては、αビームを３０ＭｅＶに加速可能な任意の加速器を用いることができる。加速器で得られる高エネルギーのαビーム（４Ｈｅ２＋、２８．２ＭｅＶ）を金属ビスマス標的に照射し、核反応２０９Ｂｉ（４Ｈｅ，２ｎ）２１１Ａｔによって該ビスマス標的中にアスタチン−２１１を生成する。
金属ビスマス標的へのαビームの照射は、加速器を用いて行う。加速器としては、αビームを３０ＭｅＶに加速可能な任意の加速器を用いることができる。加速器で得られる高エネルギーのαビーム（４Ｈｅ２＋、２８．２ＭｅＶ）を金属ビスマス標的に照射し、核反応２０９Ｂｉ（４Ｈｅ，２ｎ）２１１Ａｔによって該ビスマス標的中にアスタチン−２１１を生成する。
（工程２）
工程２を実施するための装置の一例の模式図を図１に示す。以下、図１を参照して工程２を説明する。
αビームを照射した金属ビスマス標的からアスタチン−２１１を分離精製するために乾式蒸留法を適用する。これはアスタチン−２１１の揮発性が高いことを利用し、金属ビスマス標的を高温で加熱溶融して選択的にアスタチン−２１１を蒸発させ、冷却捕集することでビスマス標的から分離精製するものである。本発明では、特にアスタチンの化学種によって揮発性や反応性が異なる事に着目し、キャリアガス（不活性ガス／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガス）組成を工夫することによって揮発しやすく溶解しやすいアスタチン酸化物を形成し、簡便で高収率の蒸留分離および溶解回収を行う。分離操作は、例えば、以下の方法で行う。
工程１でαビームを照射した金属ビスマス標的（内部にアスタチン−２１１が生成）を、管状炉中の石英管に入れる。管状炉の温度を上昇させ、ビスマス標的からアスタチン−２１１を揮発させる。揮発したアスタチン−２１１は、キャリアガス（不活性ガス／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガス）によって石英管外に輸送される。このキャリアガスによってビスマスおよびアスタチン−２１１が酸化され、目的のアスタチン酸化物が生成する。輸送されたアスタチン−２１１はその後、テフロン製のコネクター、バルブおよびチューブ内を通ってゆく。このテフロンチューブを管状炉外で氷水、液体窒素等で冷却することにより、アスタチン−２１１をチューブ壁面に吸着させる。ビスマスからアスタチン−２１１が全て揮発（冷却したテフロンチューブ内のアスタチン−２１１の放射能が飽和）した後、シリンジポンプによって一定量の溶液（蒸留水、メタノール等のアルコール、生理食塩水等）を通し、アスタチン−２１１を溶液（蒸留水、メタノール等のアルコール、生理食塩水等）中に溶解させる。その後、アスタチン−２１１が溶解した溶液（蒸留水、メタノール等のアルコール、生理食塩水等）を押し出し、目的のアスタチン溶液（水溶液、メタノール等のアルコール溶液、生理食塩水溶液等）を得る。
工程２を実施するための装置の一例の模式図を図１に示す。以下、図１を参照して工程２を説明する。
αビームを照射した金属ビスマス標的からアスタチン−２１１を分離精製するために乾式蒸留法を適用する。これはアスタチン−２１１の揮発性が高いことを利用し、金属ビスマス標的を高温で加熱溶融して選択的にアスタチン−２１１を蒸発させ、冷却捕集することでビスマス標的から分離精製するものである。本発明では、特にアスタチンの化学種によって揮発性や反応性が異なる事に着目し、キャリアガス（不活性ガス／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガス）組成を工夫することによって揮発しやすく溶解しやすいアスタチン酸化物を形成し、簡便で高収率の蒸留分離および溶解回収を行う。分離操作は、例えば、以下の方法で行う。
工程１でαビームを照射した金属ビスマス標的（内部にアスタチン−２１１が生成）を、管状炉中の石英管に入れる。管状炉の温度を上昇させ、ビスマス標的からアスタチン−２１１を揮発させる。揮発したアスタチン−２１１は、キャリアガス（不活性ガス／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガス）によって石英管外に輸送される。このキャリアガスによってビスマスおよびアスタチン−２１１が酸化され、目的のアスタチン酸化物が生成する。輸送されたアスタチン−２１１はその後、テフロン製のコネクター、バルブおよびチューブ内を通ってゆく。このテフロンチューブを管状炉外で氷水、液体窒素等で冷却することにより、アスタチン−２１１をチューブ壁面に吸着させる。ビスマスからアスタチン−２１１が全て揮発（冷却したテフロンチューブ内のアスタチン−２１１の放射能が飽和）した後、シリンジポンプによって一定量の溶液（蒸留水、メタノール等のアルコール、生理食塩水等）を通し、アスタチン−２１１を溶液（蒸留水、メタノール等のアルコール、生理食塩水等）中に溶解させる。その後、アスタチン−２１１が溶解した溶液（蒸留水、メタノール等のアルコール、生理食塩水等）を押し出し、目的のアスタチン溶液（水溶液、メタノール等のアルコール溶液、生理食塩水溶液等）を得る。
不活性ガスとしては、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎ２などが挙げられ、好ましくは、ＨｅまたはＮ２である。
キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比は、好ましくは９９：１〜５１：４９であり、より好ましくは９０：１０〜６０：４０であり、さらに好ましくは８０：２０〜７０：３０である。キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比が上記範囲外であると、アスタチン酸化物が生成されず、アスタチン−２１１の収率が低下する等の問題が生じる。
キャリアガス中のＨ２Ｏの含有量は、好ましくは１〜１５μｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは２〜１０μｇ／ｃｍ３であり、さらに好ましくは５〜８μｇ／ｃｍ３である。キャリアガス中のＨ２Ｏの含有量が上記範囲外であると、アスタチン−２１１の収率が低下する等の問題が生じる。
本発明の好ましい実施態様では、キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比が９９：１〜５１：４９であり、かつＨ２Ｏの含有量が１〜１５μｇ／ｃｍ３である。本発明のより好ましい実施態様では、キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比が９０：１０〜６０：４０であり、かつＨ２Ｏの含有量が２〜１０μｇ／ｃｍ３である。本発明のさらに好ましい実施態様では、キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比が８０：２０〜７０：３０であり、かつＨ２Ｏの含有量が５〜８μｇ／ｃｍ３である。
キャリアガスの流量は、好ましくは５〜４０ｍＬ／分であり、より好ましくは１０〜３０ｍＬ／分であり、さらに好ましくは１５〜２５ｍＬ／分である。キャリアガスの流量が上記範囲外であると、アスタチン−２１１の収率が低下する等の問題が生じる。
管状炉の温度（すなわち、蒸留温度）は、好ましくは５００〜８５０℃であり、より好ましくは６５０〜８５０℃であり、さらに好ましくは８００〜８５０℃である。管状炉の温度が上記範囲外であると、アスタチン−２１１の収率が低下する等の問題が生じる。
上記方法により、アスタチン−２１１を、高収率かつ高濃度で標識薬剤合成に使用し易い水溶液として得ることができ、薬剤合成の可能性が格段に広がる。また、アスタチン−２１１をトラップする際、水以外の溶媒（例えば、メタノール等のアルコール、生理食塩水）を用いることにより、アスタチン−２１１を水溶液以外の溶液として得ることができ、医学・化学利用の広がりが大きくなる。さらに、本発明の方法の工程２を実施するための装置の機構が単純であり、本発明をもとに医学利用を見据えた自動でアスタチン−２１１を精製可能な装置の開発も期待できる。
本発明は、更に以下の実施例によって詳しく説明されるが、これらは本発明を限定するものではなく、また本発明の範囲を逸脱しない範囲で変化させてもよい。
（実施例１〜６および比較例１〜２）
（工程１：アスタチン−２１１の製造）
加速器で得られた高エネルギーαビーム（４Ｈｅ２＋、２８．２ＭｅＶ）をビスマスに照射し、核反応２０９Ｂｉ（４Ｈｅ，２ｎ）２１１Ａｔによって該ビスマス中にアスタチン−２１１を生成した。
ビスマス（Ｂｉ）標的の調製
Ｂｉ標的は真空蒸着法によって調製した。市販のＢｉ金属（粒状）をタンタル製の金属ボートに乗せ、蒸着装置内部にセットした。金属ボートの上部に標的のバッキングとなるアルミニウム（Ａｌ）箔（厚さ１０μｍ）を取り付けた。ベルジャー内を減圧後、金属ボートに電流を流して加熱し、Ｂｉ金属を揮発させてＡｌ箔に蒸着した。蒸着したＢｉ金属を５〜３０ｍｇ／ｃｍ２の厚みで得た。
Ｂｉ標的の照射
調製したＢｉ標的をホルダーに取り付け、飛散防止のためアルミニウム箔（厚さ１０μｍ）で表面を覆った。その後、ホルダーごと照射槽内の照射位置にセットした。ビームが当たるＢｉ標的の面積を出来るだけ広げて冷却効率を上げるため、Ｂｉ標的はビーム軸方向に対して４５度の角度で置いた。照射槽内部をヘリウムガスに置換した後、１〜２μＡのαビームを照射した。ＡＶＦサイクロトロンから入射した３０ＭｅＶのαビームは、真空窓（ハーバーフォイル）ならびにアルミニウムカバーを通過し、２８．２ＭｅＶでＢｉ標的に入射した。照射中は、流速１０Ｌ／分以上でヘリウムガスをＢｉ標的に吹き付けて空冷するとともに、ビーム後方側の標的ホルダー中に蒸留水を流して水冷を行った。
（工程１：アスタチン−２１１の製造）
加速器で得られた高エネルギーαビーム（４Ｈｅ２＋、２８．２ＭｅＶ）をビスマスに照射し、核反応２０９Ｂｉ（４Ｈｅ，２ｎ）２１１Ａｔによって該ビスマス中にアスタチン−２１１を生成した。
ビスマス（Ｂｉ）標的の調製
Ｂｉ標的は真空蒸着法によって調製した。市販のＢｉ金属（粒状）をタンタル製の金属ボートに乗せ、蒸着装置内部にセットした。金属ボートの上部に標的のバッキングとなるアルミニウム（Ａｌ）箔（厚さ１０μｍ）を取り付けた。ベルジャー内を減圧後、金属ボートに電流を流して加熱し、Ｂｉ金属を揮発させてＡｌ箔に蒸着した。蒸着したＢｉ金属を５〜３０ｍｇ／ｃｍ２の厚みで得た。
Ｂｉ標的の照射
調製したＢｉ標的をホルダーに取り付け、飛散防止のためアルミニウム箔（厚さ１０μｍ）で表面を覆った。その後、ホルダーごと照射槽内の照射位置にセットした。ビームが当たるＢｉ標的の面積を出来るだけ広げて冷却効率を上げるため、Ｂｉ標的はビーム軸方向に対して４５度の角度で置いた。照射槽内部をヘリウムガスに置換した後、１〜２μＡのαビームを照射した。ＡＶＦサイクロトロンから入射した３０ＭｅＶのαビームは、真空窓（ハーバーフォイル）ならびにアルミニウムカバーを通過し、２８．２ＭｅＶでＢｉ標的に入射した。照射中は、流速１０Ｌ／分以上でヘリウムガスをＢｉ標的に吹き付けて空冷するとともに、ビーム後方側の標的ホルダー中に蒸留水を流して水冷を行った。
（工程２：アスタチン−２１１の分離精製）
αビームを照射したＢｉ標的を石英管に入れ、Ｂｉ標的が中心になるように管状炉にセットした。下流側はテフロン製コネクター、切り替えバルブ、チューブを用いて石英管と冷却用テフロントラップ（内径２ｍｍ、長さ２０ｃｍ）に接続し、上流側には混合ガス導入用チューブを接続した。接続後、トラップ上部のバルブを閉にして石英管内を減圧し、系内が１気圧になるまでＨｅ／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガス（キャリアガス）を導入した。１気圧に達した後、バルブを開き、混合ガスを冷却トラップ、トラップ、排気系へと流した。揮発性アスタチン酸化物の沈着を防ぐため、管状炉出口からトラップ上部までをリボンヒーターで１３０℃に加熱した。混合ガスを流しながら冷却トラップを氷水で冷却し、さらに管状炉を８５０℃まで加熱した。また、ＣｄＺｎＴｅ半導体検出器を冷却トラップ上部に配置し、アスタチン−２１１から発せられる放射線（Ｘ線）をモニターして、冷却トラップでの捕集を確認しながら加熱した。管状炉温度が８５０℃に到達した後もさらに３０分加熱を続けた。その後、冷却トラップ上部のバルブ二つを操作して経路を切り替え、冷却トラップを氷水から外した。シリンジポンプを用いて蒸留水を冷却トラップ方向に１００μＬ導入したのち、別のシリンジポンプを用いて空気を送り、この１００μＬ蒸留水を冷却トラップに流速２５０μＬ／分で流して捕集したアスタチン−２１１を溶解した。最終的に、小型容器にアスタチン−２１１を溶解した水溶液を収集した。
蒸留前のＢｉ標的に含まれるアスタチン−２１１の放射線と最終の小型容器に含まれるアスタチン−２１１の放射線をゲルマニウム半導体検出器で測定し、それぞれに含まれるアスタチン−２１１を定量した。放射性壊変に対する補正を行い、各条件での化学収率を算出した。キャリアガスの組成（キャリアガス中のＨｅ：Ｏ２体積比およびＨ２Ｏ含有量）および化学収率は以下の通りであった。
αビームを照射したＢｉ標的を石英管に入れ、Ｂｉ標的が中心になるように管状炉にセットした。下流側はテフロン製コネクター、切り替えバルブ、チューブを用いて石英管と冷却用テフロントラップ（内径２ｍｍ、長さ２０ｃｍ）に接続し、上流側には混合ガス導入用チューブを接続した。接続後、トラップ上部のバルブを閉にして石英管内を減圧し、系内が１気圧になるまでＨｅ／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガス（キャリアガス）を導入した。１気圧に達した後、バルブを開き、混合ガスを冷却トラップ、トラップ、排気系へと流した。揮発性アスタチン酸化物の沈着を防ぐため、管状炉出口からトラップ上部までをリボンヒーターで１３０℃に加熱した。混合ガスを流しながら冷却トラップを氷水で冷却し、さらに管状炉を８５０℃まで加熱した。また、ＣｄＺｎＴｅ半導体検出器を冷却トラップ上部に配置し、アスタチン−２１１から発せられる放射線（Ｘ線）をモニターして、冷却トラップでの捕集を確認しながら加熱した。管状炉温度が８５０℃に到達した後もさらに３０分加熱を続けた。その後、冷却トラップ上部のバルブ二つを操作して経路を切り替え、冷却トラップを氷水から外した。シリンジポンプを用いて蒸留水を冷却トラップ方向に１００μＬ導入したのち、別のシリンジポンプを用いて空気を送り、この１００μＬ蒸留水を冷却トラップに流速２５０μＬ／分で流して捕集したアスタチン−２１１を溶解した。最終的に、小型容器にアスタチン−２１１を溶解した水溶液を収集した。
蒸留前のＢｉ標的に含まれるアスタチン−２１１の放射線と最終の小型容器に含まれるアスタチン−２１１の放射線をゲルマニウム半導体検出器で測定し、それぞれに含まれるアスタチン−２１１を定量した。放射性壊変に対する補正を行い、各条件での化学収率を算出した。キャリアガスの組成（キャリアガス中のＨｅ：Ｏ２体積比およびＨ２Ｏ含有量）および化学収率は以下の通りであった。
（実施例７および８）
キャリアガスとしてＮ２／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガスを用いたこと以外は実施例１〜６と同様にしてアスタチン−２１１を得た。キャリアガスの組成（キャリアガス中のＮ２：Ｏ２体積比およびＨ２Ｏ含有量）および化学収率は以下の通りであった。
キャリアガスとしてＮ２／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガスを用いたこと以外は実施例１〜６と同様にしてアスタチン−２１１を得た。キャリアガスの組成（キャリアガス中のＮ２：Ｏ２体積比およびＨ２Ｏ含有量）および化学収率は以下の通りであった。
表１および２から明らかなように、キャリアガスとして不活性ガス／Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合ガスを用いた（とりわけ、不活性ガスとしてＨｅまたはＮ２を用い、キャリアガスの組成（キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２体積比およびＨ２Ｏ含有量）を特定の範囲に設定した）実施例１〜８は、アスタチン−２１１を高収率で分離精製することができた。
本発明によれば、アスタチン−２１１を高収率で分離精製し、溶液に溶解することができる方法が提供される。
本出願は、日本で出願された特願２０１７−２３５１４１を基礎としており、その内容は本明細書にすべて包含されるものである。
Claims (5)
- ビスマスにα線を照射し、該ビスマス中にアスタチン−２１１を生成する工程、および
該α線を照射したビスマスを、不活性ガス、Ｏ２およびＨ２Ｏを含有するキャリアガスを用いて蒸留し、アスタチン−２１１を分離精製して、溶液に溶解する工程
を包含する、アスタチン−２１１の製造方法。 - 不活性ガスがＨｅまたはＮ２である、請求項１記載の方法。
- キャリアガス中の不活性ガス：Ｏ２の体積比が９９：１〜５１：４９であり、かつＨ２Ｏの含有量が１〜１５μｇ／ｃｍ３である、請求項１または２記載の方法。
- キャリアガスの流量が、５〜４０ｍＬ／分である、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
- 蒸留温度が、５００〜８５０℃である、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
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| 池田卓海 ET AL.: "乾式分離法で得た211Ａｔの薄層クロマトグラフィ−並びに溶媒抽出挙動", 2017年日本放射化学年会・第61回放射化学討論会研究発表要旨集, vol. vol.2017-61st, JPN6019000405, 1 September 2017 (2017-09-01), JP, pages 84, ISSN: 0004861908 * |
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