Способ получения микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии

Настоящее изобретение относится к области медицины, в частности к способу получения микрошариков с модифицированной поверхностью из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии. Техническим результатом изобретения является получение микрошариков для радиотерапии, поверхностный слой которых содержит менее 0,01% оксида иттрия для оптимизации диффузии атомов иттрия в организм человека. Способ получения микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии включает варку стекла из реактивов Y₂O₃, Al(ОН)₃ и SiO₂ при температуре 1600-1650°С и выработку стекла прокаткой расплава через охлаждаемые металлические валки из жаропрочной стали. Полученные микрошарики затем модифицируют травлением в соляной кислоте HCl при рН 1-3 и температуре 10-79°С. 2 табл., 2 пр.

 

Настоящее изобретение относится к области медицины, в частности, к способу получения микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии.

В связи с возможностью использования стекла как средства транспортировки радиации к внутренним органам человека значительный интерес проявляется к стеклам в системе Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ (YAS) и микрошарикам на их основе [1-3].

Перед введением в организм человека микрошарики подвергаются облучению в ядерном реакторе тепловыми нейтронами. В результате облучения в YAS стекле образуется короткоживущий изотоп ⁹⁰Y с периодом полураспада 64,1 часа, достаточным для осуществления доставки препарата в клинику и проведения лечения. Изотоп ⁹⁰Y обладает удобными с точки зрения терапевтического применения ядерно-физическими характеристиками: энергия β-излучения 2,28 МэВ, максимальный пробег в мягких тканях 12 мм, со средней длиной проникновения излучения 2,8 мм [3-5]. Размеры микросфер варьируются от 20 до 40 мкм. После введения в печеночную артерию, микрошарики внедряются в сосудистую сеть опухоли и не попадают в венозную систему, так как конечная артериола меньше 10 мкм. Микрошарики, в конечном итоге, остаются в микрососудистой системе печени и опухоли до полного распада радиоизотопа [6].

Использование микрошариков в лучевой терапии требует применения материалов с высокой химической стойкостью, для того чтобы не допустить выщелачивания радиоактивного изотопа и радиоактивного поражения здоровых тканей организма [7, 8].

В ряде экспериментальных исследований была проанализирована химическая стойкость микрошариков различных составов, среди которых иттрий-алюмосиликатные, фосфатные стекла, а также керамические системы на основе иттрия к растворению своей структуры в различных химических средах (горячей воде, растворах солей) [9-13].

Совсем недавно, с точки зрения оптимизации свойств стеклянных микрошариков для внутренней лучевой терапии, в некоторых работах были рассмотрены композитные микрошарики со структурой ядро-оболочка. Эта стратегия направлена на локализацию радиоизотопа в микрошарике, с помощью контролируемой ионной имплантации активных ионов, например P⁺ ионы [11, 14].

Аналог заявляемого способа получения микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии представлен в патенте [15]. В работе [9] изучено выщелачивание иттрия из иттриевых-алюмосиликатных микрошариков в дистиллированной воде и солевом растворе, и показано, что содержание иттрия в растворе является минимальным, но не нулевым (0.02-0.13% от общего содержания иттрия в микрошариках). Недостатком микрошариков [15] является то, что они не полностью изолируют иттрий от тканей органов человека. Оптимальными микрошариками для внутренней локальной радиотерапии являются микрошарики, которые вообще не испускают ионов иттрия, что является принципиально необходимым условием для проведения успешного лечения.

Наиболее близким к данному изобретению является способ получения микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла для радиотерапии с диаметром от 5 до 100 мкм, содержанием Y₂O₃ от 17 до 22 при следующих соотношениях компонентов: Y₂O₃ 17-22, Al₂O₃ 19-25, SiO₂ 53-64 [16], суть которого сводится к следующему. Для получения стекол в качестве реактивов использовали оксиды иттрия и кремния, а также Al(ОН)₃ квалификации о.с.ч. Варку стекол производили при температуре 1600-1650°С в электрической печи в платиновом тигле. Выработка осуществлялась прокаткой расплава через вращающиеся навстречу друг к другу металлические валки. Помол полученных пластинок стекла (чипов) производился в шаровой мельнице. После классификации на ситовом анализаторе, полученный стеклопорошок фракции 20-35 мкм был использован для получения микрошариков по стандартной процедуре путем оплавления в потоке плазмы на электродуговом плазматроне мощностью 25 кВт. Недостатком данного способа получения микрошариков является наличие оксида иттрия на поверхности микрошариков, что приводит к попаданию иттрия в организм человека [15].

Задача изобретения - получение микрошариков для радиотерапии, поверхностный слой которых содержит менее 0,01% оксида иттрия, для минимизации диффузии атомов иттрия в организм человека.

Поставленная задача достигается способом получения микрошариков, включающим варку стекла из реактивов Y₂O₃, Al(ОН)₃ и SiO₂, при температуре 1600-1650°С в электрической печи в тигле из дисперсно-упрочненной платины и выработку стекла, которую осуществляют прокаткой расплава через охлаждаемые проточной водой металлические валки из жаропрочной стали, вращающиеся навстречу друг к другу с угловой скоростью 1200-1500 об./мин. В качестве помольного оборудования использовали лабораторный дисковый истиратель «ЛДИ - 65К» с корундовыми дисками, а для классификации стеклопорошка использовали ситовой анализатор Retsch AS 200 с функцией мокрого рассева. Полученные порошки дисперсностью в различных диапазонах (15-35, 20-32, 20-50 мкм и др.) были использованы для получения микрошариков путем оплавления стеклопорошка в потоке плазмы на электродуговом плазматроне мощностью 25 кВт. Классифицированные микрошарики подвергались травлению в соляной кислоте HCl (рН=1-3) при температуре 10°C - 79°C для создания обедненного по иттрию поверхностного слоя.

Пример 1. В качестве сырьевых материалов использовали реактивы Y₂O₃, аморфный SiO₂ и Al(ОН)₃ категории о.с.ч. и составляли шихту в расчете на получение стекла состава 20Y₂O₃-20Al₂O₃-60SiO₂. Компоненты шихты взвешивали на весах с точностью не хуже ±0,001 г. Предварительно подготовленные компоненты шихты смешивались в течение двух часов в контейнере из кварцевого стекла марки КВ-1. Варку стекла проводили в тигле объемом из дисперсионно-упрочненной платины марки ДУПС-СМ при температуре 1650°С в электрической печи. Выработка стекла осуществлялась прокаткой расплава через водоохлаждаемые металлические валки из жаропрочной стали, вращающиеся навстречу друг к другу с угловой скоростью 1500 об./мин. Помол полученных пластинок стекла (чипов) производился в шаровой мельнице в течение 40 мин. После классификации на ситовом анализаторе Retsch AS 200 с функцией мокрого рассева полученный стеклопорошок фракции 20-35 мкм был использован для получения микрошариков по стандартной процедуре путем оплавления в потоке плазмы на электродуговом плазматроне мощностью 25 кВт. Классифицированные микрошарики обрабатывались в соляной кислоте HCl (рН=1) при температуре 37°С, для создания обедненного по иттрию поверхностного слоя. Результаты травления микрошариков показали, что поверхностный слой содержит 0,0015% оксида иттрия от общего содержания его в микрошарике. Примеры сведены в таблицу 1.

Таблица 1
рН 1	Поверхностный слой содержит 0,0032% оксида иттрия от общего содержания его в микрошарике
t=10°C
рН 2	Поверхностный слой содержит 0,0021% оксида иттрия от общего содержания его в микрошарике
t=39°C
рН 3	Поверхностный слой содержит 0,0049% оксида иттрия от общего содержания его в микрошарике
t=79°C

Пример 2. Для определения химической устойчивости модифицированных травлением микрошариков во внутренних жидкостях тела, проводили их выщелачивание в 1% растворе NaCl при температуре 37°С (таблица 2).

Таблица 2
Продолжительность выщелачивания в 1% растворе NaCl при температуре 37°С, (дни)	1	2	5	7	14
Содержание иттрия в растворе в % в микрошариках с модифицированной поверхность	0	0	0	0	0

Стеклянные микрошарики с модифицированной поверхностью (обедненный поверхностный слой по иттрию) не выделяют в процессе травления в щелочной среде ионов Y³⁺ даже при толщине обедненного слоя менее 1 мкм.

Способ получения микрошариков из иттрий-алюмосиликатного стекла для лучевой внутритканевой терапии, включающий варку стекла из реактивов Y₂О₃, Аl(ОН)₃ и SiO₂ при температуре 1600-1650°С и выработку стекла с содержанием компонентов, мол.%: Y₂O₃ - 17-22, Аl₂О₃ - 19-25, SiO₂ - 53-64 прокаткой расплава через охлаждаемые проточной водой металлические валки из жаропрочной стали, отличающийся тем, что полученные микрошарики модифицируют травлением в соляной кислоте НСl при рН 1-3 и температуре 10-79°С.