Gallium-68-Generator

Ein Gallium-68-Generator, auch ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator genannt, ist ein Radionuklidgenerator zur Erzeugung von radioaktiven ⁶⁸Ga³⁺-Ionen aus dem ebenfalls radioaktiven ⁶⁸Ge. Das aus dem Generator extrahierte ⁶⁸Ga wird in der Nuklearmedizin zur Herstellung von Radiopharmaka für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) verwendet.

Das natürlich vorkommende Element Gallium besteht aus zwei nichtradioaktiven Isotopen: ⁶⁹Ga, das einen Anteil von 60,1 % im natürlichen Gallium hat, und ⁷¹Ga, das die restlichen 39,9 % bildet. Alle anderen (also die nicht in der Natur vorkommenden Gallium-Isotope) sind radioaktiv. Das Isotop ⁶⁸Ga zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 67,629 Minuten zu 89 % unter Aussendung eines Positrons mit maximal 1,9 MeV und zu 11 % unter Elektroneneinfang; jeweils in das stabile Isotop ⁶⁸Zn.^[1] Das – in 89 % der Zerfallsfälle – abgegebene Positron hat in der nuklearmedizinischen Anwendung eine Reichweite von nur wenigen Millimetern, dann trifft es auf ein Elektron und beide Elementarteilchen zerstrahlen (annihilieren) dabei vollständig zu zwei Photonen mit je 511 keV (Gammastrahlung). Die beiden Photonen werden dabei in einem Winkel von nahezu 180° voneinander vom Ort der Vernichtung abgestrahlt. Die abgestrahlten Photonen lassen sich mit entsprechenden Detektoren nachweisen und durch Rekonstruktion mehrerer Detektionsereignisse lässt sich der Ort der Annihilation recht genau bestimmen. Siehe dazu im Hauptartikel: Positronen-Emissions-Tomographie

⁶⁸Ga ist mit seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften für nuklearmedizinische Untersuchungen ausgezeichnet geeignet. Die kurze Halbwertszeit passt sehr gut zur Pharmakokinetik vieler Peptide, an die es in der Diagnostik meist mit dem starken Chelator DOTA gebunden ist. Die Komplexierung der Gallium-Ionen mit DOTA ist relativ einfach und schnell. Andererseits macht die kurze Halbwertszeit von 68 Minuten einen Versand oder gar eine Vorratshaltung dieses Isotopes nahezu unmöglich. Dieses Dilemma wird jedoch mit dem ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator gelöst.

Im ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator wird das benötigte Radionuklid ⁶⁸Ga aus dem ebenfalls radioaktiven ⁶⁸Ge erzeugt. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 270,8 Tagen und zerfällt unter Elektroneneinfang in das kurzlebigere ⁶⁸Ga. Im Generator befindet sich das Germanium an eine unlösliche Matrix eines inerten Trägers (meist Titan(IV)-oxid) gebunden. Im Generator selbst wird durch den kontinuierlichen Zerfall des Germaniums ständig ⁶⁸Ga gebildet, das sich aber durch den deutlich schnelleren eigenen Zerfall nicht in größeren Mengen anreichern kann. Es bildet sich daher im Generator eine weitgehend konstante Konzentration an erzeugtem (generiertem) ⁶⁸Ga (⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Gleichgewicht). Diese Menge an ⁶⁸Ga nimmt durch zwei Ereignisse ab:

• durch das Eluieren („Melken“) des Generators mit Hilfe eines Lösungsmittels, in dem nur ⁶⁸Ga löslich ist, nicht jedoch ⁶⁸Ge (z. B. Salzsäure)
• die langsame Abnahme des ⁶⁸Ge-Gehaltes, bedingt durch dessen eigenen Zerfall.

Im ersten Fall baut sich nach jeder Elution das radioaktive Gleichgewicht zwischen ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga wieder neu auf. Nach einer Halbwertszeit, das heißt 68 Minuten, ist bereits wieder die Hälfte der ursprünglichen Konzentration erreicht. Üblicherweise genügt eine Wartezeit von vier bis fünf Stunden bis zur nächsten Entnahme. Der langsame Zerfall an ⁶⁸Ge bewirkt, dass die im Generator jeweils gebildete Menge an ⁶⁸Ga kontinuierlich abnimmt, nach 270,8 Tagen genau um die Hälfte. Die in der Praxis genutzte Standzeit eines ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generators beträgt etwa ein Jahr.

Das im ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator erzeugte ⁶⁸Ga wird für eine Reihe diagnostischer Untersuchungen mittels Positronen-Emissions-Tomografie verwendet. Die meisten dieser Verfahren befinden sich allerdings noch in der klinischen Erprobung. Am gebräuchlichsten ist die Belegung von Edotreotide (DOTATOC) mit ⁶⁸Ga zu ⁶⁸Ga-DOTATOC.

Das in ⁶⁸Ga-Generatoren verwendete ⁶⁸Ge wird durch Bestrahlung des stabilen Isotops ⁶⁹Ga mit beschleunigten Protonen (p,2n) hergestellt.^[2][1]

${\displaystyle \mathrm {{}_{31}^{69}Ga\ +\ {}_{1}^{1}p\longrightarrow {}_{32}^{68}Ge\ +\ 2\ {}_{0}^{1}n} }$

Ein Teil der Generatoren wird in Obninsk (Russland) produziert.^[3]

Allgemein wird dem ⁶⁸Ge/⁶⁸Ga-Generator ein hohes zukünftiges Potenzial in der klinischen Anwendung prophezeit. Bisher ist die Anwendung allerdings noch auf größere nuklearmedizinische Zentren beschränkt. Der große Vorteil gegenüber den anderen in der PET üblichen Isotopen, wie beispielsweise ¹⁸F, ist, dass auf aufwändige und teure Zyklotrone in unmittelbarer Nähe verzichtet werden kann.^[4]

• Technetium-99m-Generator

• M. Nakayama u. a.: A new 68Ge/68Ga generator system using an organic polymer containing N-methylglucamine groups as adsorbent for 68Ge. In: Appl Radiat Isot Nr. 58, 2003, S. 9–14, PMID 12485657.
• K. P. Zhernosekov u. a.: Processing of generator-produced 68Ga for medical application. In: J Nucl Med. Nr. 48, 2007, S. 1741–1748, PMID 17873136.
• J. Lösch: Angriff der Positronenstrahler. In: Einblick Nr. 4, 2003, S. 2–5 (dkfz.de; PDF; 878 kB).
• S. Koukouraki: Comparison of the pharmacokinetics of 68Ga-DOTATOC and [18F]FDG in patients with metastatic neuroendocrine tumours scheduled for 90Y-DOTATOC therapy. In: Eur J Nucl Med Mol Imaging Nr. 33, 2006, S. 1115–1122, PMID 16763820.
• R. C. Barrall: Purity tests of a 68Ge-68Ga generator. In: Int J Appl Radiat Isot Nr. 22, 1971, S. 149–154, PMID 5574803.
• M. Yamashita: A trial using tin (IV) oxide for reduction of 68Ge contamination in eluates from an ionic 68Ga generator. In: Radioisotopes Nr. 35, 1986, S. 133–135, PMID 3715067.
• M. Gabriel et al.: Ga68-DOTA-Tyr3-Octreotide PET in Neuroendocrine Tumors: Comparison with Somatostatin Receptor Scintigraphy and CT. In: J Nucl Med. Bd. 48, Nr. 4, 2007, S. 508–518, PMID 17401086.
• C. Decristoforo at al.: A fully automated synthesis for the preparation of Ga68-labelled peptides. In: Nuclear Medicine Communications. Bd. 28, Nr. 11, 2007, S. 870–875, PMID 17901771.

Wikibooks: Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin/ Produktion von Radionukliden – Lern- und Lehrmaterialien

1. ↑ ^{a b} I. Velikyan: Synthesis, Characterisation and Application of ⁶⁸Ga-labelled Macromolecules. Dissertation, Universität Uppsala, 2005.
2. ↑ R. M. Lambrecht, M. Sajjad: Accelerator-derived radionuclide generators. In: Radiochim. Acta Nr. 43, 1988, S. 171–179.
3. ↑ H. R. Maecke, J. P. André: 68Ga-PET radiopharmacy: A generator-based alternative to 18F-radiopharmacy. In: Ernst Schering Res Found Workshop Nr. 62, 2007, S. 215–242, PMID 17172157.
4. ↑ W. A. Breeman, A. M. Verbruggen: The 68Ge/68Ga generator has high potential, but when can we use 68Ga-labelled tracers in clinical routine? In: Eur J Nucl Med Mol Imaging. Nr. 34, 2007, S. 978–981, PMID 17333177.