Reaktor MARIA jest jednym z głównych ośrodków napromieniania mikrosfer zawierających radioaktywny holm, które są stosowane w terapii nowotworów wątroby. Technologia opracowana w NCBJ na zlecenie firmy Quirem Medical – globalnego producenta mikrosfer teraperutycznych QuiremSpheres – służy pacjentom w kilkunastu wyspecjalizowanych klinikach w Europie.

Mikrosfery o średnicy ok. 30 mikrometrów wykonane z polilaktydu holmu (polimeru kwasu mlekowego) służą do miejscowej radioterapii, głównie w przypadku nowotworów wątroby. Na etapie produkcji umieszcza się w nich stabilny izotop holm-165, który poprzez bombardowanie neutronami można przekształcić w radioaktywny izotop holm-166. Holm-166 ma bardzo przydatne właściwości. Jego czas życia jest stosunkowo krótki (ok. 27 godzin). Rozpadając się, emituje promieniowanie beta o energii ok. 2 MeV, którego zasięg w tkankach wynosi kilka milimetrów. Radioaktywny holm, uwięziony w mikrosferach, podaje się głównie pacjentom z zaawansowanymi nowotworami wątroby, wstrzykując zawiesinę z mikrogranulkami do odpowiednich naczyń krwionośnych prowadzących je do miejsca lokalizacji nowotworu. Promieniowanie beta, działając na dobrze zlokalizowanym obszarze, niszczy komórki rakowe, pozostawiając nietkniętą większość zdrowej części narządu. Procedura ta nazywana jest radioembiolizacją. Stosuje się ją w przypadku nowotworów nieoperacyjnych i niewrażliwych na chemioterapię. Holm ma dwie dodatkowe zalety: emituje także promieniowanie gamma, co pozwala precyzyjnie zlokalizować miejsca i ilości wprowadzonej do organizmu substancji radioaktywnej. Jest też paramagnetykiem, co stwarza dodatkowe możliwości m.in. śledzenia podanego specyfiku w organizmie.

Jedyne stosowane obecnie w terapii mikrosfery zawierające holm są wytwarzane i dystrybuowane przez niderlandzką firmę Quirem Medical B.V. jako QuiremSpheres®. W 2017 r. zespół naukowców pracujących w reaktorze MARIA we współpracy z firmą Quirem Medical przystąpił do opracowania technologii napromienia mikrosfer holmowych. „Zadanie wymagało dostosowania infrastruktury reaktora, a także wypracowania nowych rozwiązań technologicznych oraz procedur i nowej metodologii napromieniania materiałów tarczowych” – opowiada dr inż. Rafał Prokopowicz, Kierownik Zakładu Badań Reaktorowych. „Powodem tego jest fakt, że każda fiolka z mikrosferami zawiera naważkę przygotowaną do terapii konkretnego pacjenta i należy ją napromienić w taki sposób, aby w wyznaczonych dniu i godzinie terapii miała odpowiednią aktywność, ustaloną dla danego pacjenta.”

Każdy materiał podczas napromieniania podgrzewa się od promieniowania. Mikrosfery z poliaktydu są bardzo wrażliwe – ich degradacja może rozpocząć się już po osiągnięciu 60° C. Tymczasem muszą one zachować swój kształt podczas napromieniania, aby mogły swobodnie dostać się do leczonego miejsca po podaniu pacjentowi. „W celu poprawy warunków napromieniania mikrosfer, udoskonaliliśmy układ chłodzenia umieszczanych w reaktorze zasobników z mikrosferami” – wyjaśnia naukowiec. „Konieczne było także umieszczenie w rdzeniu reaktora, tuż obok miejsca napromieniania, specjalnych detektorów promieniowania monitorujących cały czas warunki napromieniania. Stworzyliśmy specjalny algorytm i oparty na nim program komputerowy, który na podstawie sygnałów z detektorów ułatwia bardzo precyzyjne wyznaczanie czasu napromieniania poszczególnych zasobników z mikrosferami, tak aby uzyskały one aktywność wymaganą w czasie terapii. Jest to kluczowe narzędzie, niezbędne do prawidłowego napromieniania mikrosfer, ponieważ gęstość strumienia neutronów w reaktorze fluktuuje przez cały czas jego pracy.”

Naukowcy NCBJ we współpracy z Quirem opracowali także specjalne fiolki do napromieniania mikrosfer. Od nazwy reaktora zostały one nazwane fiolkami typu MARIA. Tajemnicą tych fiolek jest specjalne wyprofilowanie dna, które powoduje, że umieszczony w pojemniku materiał układa się w cienką, stosunkowo dobrze chłodzoną warstwę. „Pojemniki plastikowe umieszcza się w zasobnikach metalowych, wprowadzanych później do kanałów pionowych reaktora” – wyjaśnia inż. Łukasz Murawski, Kierownik Działu Technologii Napromieniań. „Aby zapewnić jeszcze lepsze chłodzenie, we wnętrzu zasobnika powietrze zastępuje się helem. Tak przygotowane zasobniki wędrują pocztą hydrauliczną do miejsca napromieniania, a po odpowiednim czasie napromieniania w ten sam sposób są transportowane do komór gorących, gdzie przepakowywane są do pojemników transportowych. Dalej specjalna firma transportowa przewozi je ekspresowo do szpitala, gdzie czeka już pacjent. Najczęściej są to szpitale niemieckie i niderlandzkie. Czas gra tu wielką rolę, gdyż po upływie jednego dnia aktywność preparatu spada już o połowę.” Ponieważ zapotrzebowania na realizację terapii pojawiają się z niewielkim wyprzedzeniem, zespół reaktora niemal przez całą dobę, 7 dni w tygodniu musi być gotowy do błyskawicznego przygotowania i przeprowadzenia napromieniania oraz ekspedycji mikrosfer. Wymaga to zaangażowania i ciągłej gotowości wielu specjalistów.

Obecnie w reaktorze MARIA napromienia się fiolki z mikrosferami na potrzeby ponad 100 pacjentów rocznie. Są one wykorzystywane w kilkunastu klinikach rozsianych po całej Europie, m.in. w Roterdamie, Nijmegen, Utrechcie, Dreźnie, Magdeburgu, Jenie, Bazylei, Rzymie, Pizie, Barcelonie, Madrycie, Porto i innych. Od ponad trzech lat reaktor MARIA jest jednym z niewielu, a jednocześnie jednym z głównych miejsc napromieniania mikrosfer dla firmy Quirem. „W związku z rosnącym zapotrzebowaniem na terapie radioembolizacji z zastosowaniem Ho-166, współpraca ta będzie kontynuowana i rozwijana” – zapewnia dr inż. Michał Gryziński, dyrektor Departamentu Eksploatacji Obiektów Jądrowych NCBJ. ”Mamy nadzieję na wybudowanie przy reaktorze MARIA laboratorium, które pozwoli NCBJ stać się centrum dystrybucji mikrosfer QuiremSpheres w Europie Wschodniej oraz w Polsce, gdzie na razie ta forma terapii nie jest jeszcze dostępna.”

Opis grafiki: Pojemniki typu MARIA zostały wymyślone w ramach współpracy NCBJ z niderlandzką firmą medyczną Quirem do napromieniania w reaktorze mikrosfer zawierających holm (165 -> 166). Dzięki swemu kształtowi pojemniki zapewniają dobre chłodzenie materiału co pozwala na napromienianie mikrosfer neutronami bez ryzyka sklejenia ich lub zdeformowania.