Nanocząsteczka radioaktywna
Nanocząstka radioaktywna to nanocząstka zawierająca materiały radioaktywne . Nanocząsteczki radioaktywne mają zastosowanie w diagnostyce medycznej , obrazowaniu medycznym , toksykokinetyce i zdrowiu środowiskowym , a także są badane pod kątem zastosowań w nanomedycynie jądrowej . Nanocząsteczki radioaktywne stanowią szczególne wyzwanie w fizyce zdrowia operacyjnego i dozymetrii wewnętrznej które nie występują w przypadku innych substancji, chociaż ogólnie obowiązują istniejące środki ochrony przed promieniowaniem i kontrole zagrożeń związanych z nanocząstkami .
Rodzaje i zastosowania
Zaprojektowany
Zaprojektowane nanocząstki radioaktywne są wykorzystywane w technikach obrazowania medycznego, takich jak pozytonowa tomografia emisyjna i tomografia emisyjna pojedynczych fotonów , a aerozol nanocząstek węgla zawierający technet-99m jest używany w dostępnej na rynku procedurze scyntygrafii wentylacji/perfuzji płuc . Skonstruowane nanocząsteczki radioaktywne są również wykorzystywane jako znaczniki promieniotwórcze do wykrywania obecności samych nanocząstek w zdrowiu środowiskowym i toksykokinetyczne .
Opracowane nanocząstki radioaktywne są badane pod kątem zastosowania terapeutycznego łączącego medycynę nuklearną z nanomedycyną , zwłaszcza w przypadku raka. Terapia wychwytem neutronów jest jednym z takich potencjalnych zastosowań. Ponadto nanocząstki mogą pomóc w sekwestracji toksycznych nuklidów pochodnych emiterów alfa , gdy są stosowane w radioterapii.
Obrazowanie jądrowe jest nieinwazyjne i charakteryzuje się wysoką czułością, a nanocząstki są przydatne jako platforma do łączenia wielu kopii wektorów kierujących i efektorów w celu selektywnego dostarczania radioizotopów do określonego obszaru zainteresowania. Inne zalety nanocząstek do zastosowań diagnostycznych i terapeutycznych to wydłużenie czasu retencji krwi i guza, a także możliwość wykorzystania ich unikalnych właściwości fizycznych i chemicznych w leczeniu. [ Potrzebne źródło ] Jednak nanocząsteczki muszą być tak zaprojektowane, aby uniknąć ich rozpoznania przez system fagocytów jednojądrzastych i przetransportowania do wątrobie lub śledzionie , często poprzez manipulowanie funkcjonalizacją ich powierzchni.
Techniki celowania obejmują funkcjonalizowanie radioaktywnych nanocząstek przeciwciałami w celu nakierowania ich na określoną tkankę oraz stosowanie nanocząstek magnetycznych , które są przyciągane przez magnes umieszczony nad guzem. Technet-99m, ind-111 i jod-131 to powszechnie stosowane radioizotopy do tych celów, a także wiele innych. Radioaktywne nanocząstki można wytwarzać albo poprzez syntezę nanocząstek bezpośrednio z materiałów radioaktywnych, albo przez napromieniowanie cząstek nieradioaktywnych neutronami lub przyspieszonymi jonami , czasem na miejscu .
Naturalne i przypadkowe
Podobnie jak w przypadku wszystkich nanocząstek, nanocząstki radioaktywne mogą również występować naturalnie lub być wytwarzane przypadkowo jako produkt uboczny procesów przemysłowych. Głównym źródłem naturalnie występujących nanomateriałów zawierających radionuklidy jest rozpad radonu , którego bezpośrednimi produktami rozpadu są pierwiastki niegazowe, które wraz z pyłem i oparami atmosferycznymi wytrącają się w nanocząstki. Mniejsze naturalne źródła obejmują pierwotne radionuklidy obecne w nanoskali części popiołu wulkanicznego oraz pierwotne i kosmogeniczne nuklidy wychwytywane przez rośliny, które są później spalane. Radioaktywne nanocząsteczki mogą być przypadkowo wytwarzane przez procedury stosowane w przemysł jądrowy , takie jak ponowne przetwarzanie materiałów jądrowych i cięcie zanieczyszczonych przedmiotów.
Zdrowie i bezpieczeństwo
Nanocząsteczki radioaktywne łączą zagrożenia związane z materiałami radioaktywnymi z zagrożeniami związanymi z nanomateriałami. Narażenie inhalacyjne jest najczęstszą drogą narażenia na cząstki unoszące się w powietrzu w miejscu pracy. Badania na zwierzętach niektórych klas nanocząstek wskazują na wpływ na płuca, w tym zapalenie , ziarniniaki i zwłóknienie płuc , które miały podobną lub większą siłę w porównaniu z innymi znanymi materiałami fibrogennymi , takimi jak krzemionka , azbest i ultradrobne sadza . Niektóre badania na komórkach lub zwierzętach wykazały genotoksyczne lub rakotwórcze lub ogólnoustrojowe skutki sercowo-naczyniowe w wyniku narażenia płuc. Zagrożenia związane z promieniowaniem jonizującym zależą od tego, czy ekspozycja jest ostra czy przewlekła i obejmują skutki, takie jak rak wywołany promieniowaniem i teratogeneza . W niektórych przypadkach naturalna toksyczność fizykochemiczna samej nanocząstki może prowadzić do niższych limitów narażenia niż te związane z samą radioaktywnością, co nie ma miejsca w przypadku większości materiałów radioaktywnych.
Radioaktywne nanocząstki stanowią szczególne wyzwanie w fizyce zdrowia operacyjnego i dozymetrii wewnętrznej , które nie występują w przypadku innych substancji, ponieważ toksykokinetyka nanocząstek zależy od ich właściwości fizycznych i chemicznych, w tym rozmiaru , kształtu i chemii powierzchni . Na przykład wdychane nanocząsteczki będą osadzać się w różnych miejscach w płucach i będą metabolizowane i transportowane przez organizm inaczej niż opary lub większe cząstki. Mogą również występować zagrożenia związane z procesami powiązanymi, takimi jak silne pola magnetyczne i kriogeny stosowane w sprzęcie do obrazowania oraz obchodzenie się ze zwierzętami laboratoryjnymi w badaniach eksperymentalnych. Skuteczna ocena ryzyka i komunikacja są ważne, ponieważ zarówno nanotechnologia, jak i promieniowanie mają wyjątkowe znaczenie dla publicznego postrzegania.
Kontrola zagrożeń
Ogólnie rzecz biorąc, większość elementów standardowego programu ochrony przed promieniowaniem ma zastosowanie do nanomateriałów promieniotwórczych, a wiele kontroli zagrożeń związanych z nanomateriałami będzie skutecznych w przypadku wersji radioaktywnych. Hierarchia kontroli zagrożeń obejmuje kolejne pięć kategorii metod kontroli w celu zmniejszenia ryzyka choroby lub urazu. Dwa najbardziej skuteczne to eliminacja i zastąpienie , na przykład zmniejszenie narażenia na pył poprzez wyeliminowanie procesu sonikacji lub zastąpienie zawiesiny nanomateriału lub zawiesina w ciekłym rozpuszczalniku zamiast suchego proszku. Zastąpienia powinny uwzględniać zarówno radioaktywność, jak i zagrożenia fizykochemiczne związane ze wszystkimi opcjami, a także uwzględniać fakt, że nanomateriały radioaktywne są łatwiejsze do wykrycia niż substancje nieradioaktywne.
techniczne środki kontroli , w tym lokalne układy wydechowe, takie jak wyciągi wyciągowe , schowki na rękawice , szafy bezpieczeństwa biologicznego i wentylowane obudowy wagi ; osłona przed promieniowaniem ; i kontroli dostępu . Potrzeba ujemnego ciśnienia w pomieszczeniu , aby zapobiec zanieczyszczeniu obszarów zewnętrznych, może kolidować ze zwyczajowym stosowaniem nadciśnienia podczas przenoszenia farmaceutyków, chociaż można temu zaradzić, stosując kaskadowy system ciśnieniowy lub manipulując nanomateriałami w obudowach.
Kontrole administracyjne obejmują procedury ograniczania dawek promieniowania oraz procedury kontroli zanieczyszczeń , w tym zachęcanie do dobrych praktyk pracy i monitorowanie skażeń. Sprzęt ochrony osobistej jest najmniej skuteczny i powinien być używany w połączeniu z innymi środkami kontroli zagrożeń. Ogólnie rzecz biorąc, środki ochrony indywidualnej przeznaczone do materiałów radioaktywnych powinny być skuteczne w przypadku nanomateriałów promieniotwórczych, w tym nieprzepuszczalne fartuchy laboratoryjne , gogle , rękawice ochronne , aw niektórych przypadkach maski oddechowe , choć należy wziąć pod uwagę większy potencjał przenikania nanocząstek przez odzież i ruchliwość w powietrzu.