استخدام اليورانيوم في الطب

يتم استخدام الطب النووي الإشعاع للبحث عن معلومات تشخيصية حول عمل أعضاء معينة للشخص أو لعلاجها، حيث أصبحت إجراءات التشخيص باستخدام النظائر المشعة روتينية الآن.

استخدامات العلاج الإشعاعي

يمكن استخدام العلاج الإشعاعي لعلاج بعض الحالات الطبية وخاصة السرطان، وذلك باستخدام الإشعاع، لإضعاف أو تدمير خلايا معينة مستهدفة، حيث يتم إجراء أكثر من 40 مليون إجراء للطب النووي كل عام، ويزداد الطلب على النظائر المشعة بنسبة تصل إلى 5٪ سنويًا، تعقيم المعدات الطبية هو أيضًا استخدام مهم للنظائر المشعة.

هذا وقد تؤدي سمات الذرات المتحللة بشكل طبيعي، والمعروفة باسم النظائر المشعة، إلى ظهور العديد من التطبيقات عبر العديد من جوانب الحياة الحديثة، خاصة لتشخيص (تحديد) وعلاج الحالات الطبية المختلفة، وفي البلدان المتقدمة (ربع سكان العالم)، يستخدم حوالي شخص واحد من كل 50 الطب النووي التشخيصي كل عام، ويبلغ معدل تكرار العلاج بالنظائر المشعة حوالي عُشر هذا العدد أو لعلاج المرض.

في معظم الحالات، يتم استخدام المعلومات من قبل الأطباء لإجراء تشخيص سريع للمريض، ويمكن تصوير الغدة الدرقية والعظام والقلب والكبد والعديد من الأعضاء الأخرى بسهولة، ويتم الكشف عن الاضطرابات في وظائفهم وفي بعض الحالات، يمكن استخدام الإشعاع لعلاج أعضاء المريض أو الأورام.

النظائر المشعة

النظائر المشعة الأكثر شيوعًا المستخدمة في التشخيص هي التكنيتيوم 99 (Tc-99)، مع حوالي 40 مليون إجراء سنويًا، وهو ما يمثل حوالي 80 ٪ من جميع إجراءات الطب النووي و 85 ٪ من عمليات المسح التشخيصية في الطب النووي في جميع أنحاء العالم.

يوجد في الولايات المتحدة الأمريكية أكثر من 20 مليون إجراء للطب النووي سنويًا، وفي أوروبا حوالي 10 ملايين إجراء، منها 2 مليون إجراء علاجي ويوجد في أستراليا حوالي 560.000 سنويًا، يستخدم 470.000 منها نظائر المفاعل.

يتزايد استخدام الأدوية الإشعاعية في التشخيص بمعدل يزيد عن 10٪ سنويًا، وقد تم تطوير الطب النووي في الخمسينيات من قبل الأطباء مع التركيز على الغدد الصماء، باستخدام اليود 131 في البداية لتشخيص أمراض الغدة الدرقية ثم علاجها، في السنوات الأخيرة جاء المتخصصون أيضًا من علم الأشعة، حيث تم إنشاء إجراءات PET / CT المزدوجة (التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني مع التصوير المقطعي المحوسب)، مما زاد من دور المسرعات في إنتاج النظائر المشعة.

ومع ذلك، لا يمكن إنتاج النظائر المشعة الرئيسية مثل Tc-99m بشكل فعال بدون مفاعلات، حيث يتم إنتاج بعض Tc-99m في مسرعات ولكنها أقل جودة وبتكلفة أعلى، ومنذ اكتشاف ماري وبيير كوري للراديوم، والملاحظة اللاحقة أنه يمكن أن يقلص الأورام سعى الباحثون إلى الحصول على نظائر مشعة إضافية للتطبيقات التشخيصية والعلاجية، الخصائص الكيميائية والتحلل المختلفة للنظائر الفردية تجعل كل واحدة مناسبة بشكل فريد لاستخدامات مختلفة.

اكتشاف اليورانيوم

يواصل برنامج النظائر التابع لوزارة الطاقة (DOE) في مكتب العلوم، دعم البحث في إنتاج مجموعة متنوعة من النظائر المشعة لزيادة عدد الخيارات للعلاجات المستندة إلى النظائر المشعة في المستقبل، هذا هو الحال بالنسبة لليورانيوم 230 وهو أحد نظائر اليورانيوم.

طور الباحثون طريقة لإتاحة اليورانيوم 230 لعلاج الأمراض عن طريق “العلاج ألفا الموجه”، وهي طريقة تستخدم النظائر المشعة لألفا لعلاج الأمراض وترتبط هذه النظائر بمركبات متوافقة بيولوجيًا لصنع عقاقير مشعة أو “أدوية مشعة” يمكن حقنها بأمان في جسم الإنسان ونقلها مباشرة إلى الورم، الأمثلة الأخرى للنظائر الباعثة لألفا التي تم إنتاجها في إطار برنامج نظائر وزارة الطاقة، والتي تبشر بالخير لعلاج ألفا المستهدف تشمل الأكتينيوم 225 والبزموت 213.

يبدأ إنتاج اليورانيوم 230 بوضع معدن الثوريوم، والذي يحدث بكثرة في الطبيعة مثل الثوريوم -232، في حزمة بروتون عالية الطاقة، خلال هذه العملية يتم تحويل جزء من الثوريوم الطبيعي إلى نظير proactinium-230.

يتحلل البروتكتينيوم -230 إلى يورانيوم -230، والذي يتحلل أكثر ليشكل نظير عنصر الثوريوم، الثوريوم -226 ويمكن استخدام كلا النظيرين اليورانيوم 230 والثوريوم 226 في الأدوية المشعة، يُطلق على الجهاز الذي يوفر ابنة الثوريوم 226 قصيرة العمر من تحلل اليورانيوم 230 الأم طويل العمر “المولد”.

يستخدم المولد خطوات كيميائية بسيطة ومميزة  مما يوفر إمدادًا مستمرًا للخطوات التالية في تطوير المستحضرات الصيدلانية المشعة. حيث يعمل باحثو برنامج نظائر وزارة الطاقة حاليًا على زيادة إنتاج اليورانيوم 230 لإتاحة كلا النظيرين على نطاق واسع لتقييم أوسع كعوامل علاج محتملة.

تطور النظائر المشعة

أصبحت النظائر المشعة أدوات بالغة الأهمية للطب العلاجي إذا تمكن الباحثون من الوصول إلى المزيد من النظائر المشعة، فيمكنهم تعزيز احتمالات تطوير علاجات لمجموعة واسعة من السرطانات، وحتى الآن، تعتمد العلاجات إلى حد كبير على النظائر الباعثة للبيتا لتدمير الخلايا الخبيثة وجسيمات ألفا  المنبعثة من النظائر الباعثة لألفا، هي أكثر تدميرًا للخلايا من جسيمات بيتا بالإضافة إلى ذلك، تمتلك جزيئات ألفا نطاقًا قصيرًا في الجسم، لذا فهي تلحق ضررًا أقل بكثير بالأنسجة السليمة المحيطة.

وهذا يعني أيضًا أن بواعث ألفا يمكن أن تعالج بفعالية السرطانات التي انتشرت بالفعل أو انتشرت، طور الباحثون العديد من بواعث ألفا في السنوات الأخيرة من أجل علاجات “العلاج ألفا الموجهة”.وتشمل هذه الراديوم 223/224، الأكتينيوم 225 ، والبزموت 213.

يتمتع زوج اليورانيوم 230 / الثوريوم 226 بميزة فريدة تتمثل في إصدار أربعة جسيمات ألفا في سلسلة الاضمحلال الخاصة بهم، هذا يعني أنه يمكن أن يوفر المزيد من الطاقة المدمرة للخلايا المريضة علاوة على ذلك، لا يتطلب إنتاج اليورانيوم 230 مسرعات طاقة عالية، مما يعني أنه يمكن إنتاجه في نهاية المطاف في مجموعة متنوعة من المواقع لزيادة توافره من السهل إعداد مولد الثوريوم -226 ويسهل على الموردين التجاريين نشره في المنشآت البحثية والطبية.

ما استخدامات اليورانيوم

يستخدم اليورانيوم بشكل أساسي كوقود في مفاعلات الطاقة النووية لتوليد الكهرباء بالإضافة إلى توفير حوالي 14٪ من الكهرباء في العالم، هناك العديد من الاستخدامات الرئيسية الأخرى لليورانيوم من خلال إنتاج النظائر المشعة ، بما في ذلك:

• الطب: تستخدم النظائر المشعة في التشخيص والبحث، يمكن استخدام التشخيص الإشعاعي للكشف عن المرض عن طريق حقن بعض العناصر الراديوية في جسم الإنسان ومراقبة مساراتها، يستخدم العلاج الإشعاعي الإشعاع المؤين لقتل الخلايا السرطانية ويعتمد الطب النووي على العقاقير المشعة التي تستهدف أعضاء معينة .

• صناعة تجهيز الأغذية: تستخدم النظائر المشعة لتعقيم المنتجات الطازجة لأن الإشعاع يقتل الطفيليات والآفات والبكتيريا.

• القطاع الصناعي: تستخدم النظائر المشعة لمتطلبات الأشعة السينية الصناعية، تستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في علم المعادن والسيارات والطيران لفحص السلامة والجودة.

• صناعة الفضاء: عندما تكون المسابير الفضائية مطلوبة للعمل في أماكن بعيدة عن الشمس، فإن الحل الوحيد المتاح لإنتاج الحرارة والكهرباء هو استخدام النظائر المشعة.

• التاريخ والثقافة: يستخدم الكربون 14 في عينات البقايا الأثرية لتقدير عمرها.