Технологии производства радионуклидов в ядерной медицине

Министерство науки и высшего образования  
Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

Е. И. Денисов

ТЕХНОЛОГИИ  
ПРОИЗВОДСТВА 
РАДИОНУКЛИДОВ  
В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

Учебное пособие 

Рекомендовано методическим советом 
Уральского федерального университета 
для студентов вуза, обучающихся 
по направлению подготовки 
18.04.01 — Химическая технология 

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2021 

УДК 621.039.83:615.849(075.8) 
ББК 35.36+53.6я73 
          Д33 

Р е ц е н з е н ты :
лаборатория физико-химических методов анализа Института химии твердого тела УрО РАН (заведующий лабораторией д-р хим. наук Е. В. Поляков);
д-р хим. наук, заведующий лабораторией радиоизотопного комплекса Отдела экспериментальной физики ИЯИ РАН Б. Л. Жуйков

Н а у ч н ы й  р е д а к т о р  — канд. техн. наук, директор ЦЦЯМ УрФУ  
С. И. Бажуков

На обложке использовано изображение с сайта https://www.comecer.com/wp-content/uploads/ 
2018/10/Radiopharma-dispensing-chamber-780x780.jpg

Д33
Денисов, Е. И.
Технологии производства радионуклидов в ядерной медицине : 
учебное пособие / Е. И. Денисов ; М-во науки и высшего образования 
РФ. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2021. — 107, [1] с.

ISBN 978-5-7996-3202-1

В учебном пособии рассматриваются современные методы применения и технологии получения радионуклидов для ядерной медицины. Приведены примеры технологий получения наиболее используемых в ядерной медицине радионуклидов 
в генераторных системах, способов производства генераторов и материнских радионуклидов для диагностики и терапии. Рассмотрены особенности производства радионуклидной продукции на ускорителях заряженных частиц, начиная от выбора 
состава мишеней, условий их облучения и переработки с последующим приготовлением радиофармпрепаратов.
Настоящее учебное пособие является дополнительным материалом для изучения курса «Технологии производства радиоактивных изотопов» и предназначено 
для облегчения самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению 
подготовки 18.04.01 — Химическая технология. Оно также может быть использовано студентами других специальностей, в учебной программе которых предусмотрено изучение курсов по применению ионизирующих излучений в научной и практической деятельности.
Данное пособие позволит вдумчивому читателю расширить свой кругозор в области радиобиологии и самостоятельно восполнить пробелы в радиохимическом 
образовании.
Библиогр.: 21 назв. Табл. 17. Рис. 35.
УДК 621.039.83:615.849(075.8) 
ББК 35.36+53.6я73 

ISBN 978-5-7996-3202-1
© Уральский федеральный
университет, 2021

Введение

ВВЕДЕНИЕ

Н

аиболее перспективным направлением использования  
радионуклидов выступает ядерная медицина (ЯМ). Это уникальная сфера деятельности, в которой гармонично сочетаются знания физики, высоких технологий и медицины. Ядерная 
медицина интенсивно развивается во всем мире. Ее стремительный 
рост связан с тем, что благодаря развитию медицины средняя продолжительность жизни людей, особенно в развитых странах, увеличивается; следовательно, возрастает количество людей преклонного 
возраста, которые сталкиваются с присущими этому возрасту сердечно- 
сосудистыми, неврологическими, онкологическими и другими заболеваниями. Достижения в области лечения и особенно диагностики 
онкологических заболеваний и болезней сердечно-сосудистой системы с помощью радиофармпрепаратов (РФП) — значимый фактор развития рынка ядерной медицины и его стремительного роста с каждым  
годом.
РФП — это химические соединения, в состав которых входят радионуклиды (РН), используемые для диагностики и лечения различных заболеваний. Регистрация ядерного излучения входящего 
в состав РФП радионуклида дает возможность легко следить за его 
поведением и распределением, что позволяет контролировать физиологические и биохимические процессы, не нарушая естественного их течения.

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОНУКЛИДОВ В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

В плане радионуклидной терапии особые надежды в будущем возлагаются на таргетную терапию, в которой радионуклид, испускающий заряженные частицы с малым пробегом, доставляется биологическими «транспортерами» непосредственно к пораженной клетке. 
Кроме того, считается, что большие перспективы имеет тераностика, 
в которой диагностика может проводиться с помощью того же радионуклида, что и терапия, и процесс строго контролируется по ходу всего лечения. Эти новые направления требуют развития широкого производства специально для этого предназначенных РН. Этот фактор, 
в свою очередь, приводит к росту спроса на всю радионуклидную продукцию. По данным МАГАТЭ, ежегодный спрос на подобные продукты и услуги в мире будет расти на 10–12 %.

1. Ядерная медицина в мире

1. ЯДЕРНАЯ МЕДИЦИНА 
В МИРЕ

М

ировая ядерная медицина достигла значительных успехов 
в производстве различных РФП, она потребляет более 50 % 
всей производимой радионуклидной продукции. В России 
научными и технологическими разработками в этой сфере занимаются институты и предприятия госкорпорации «Росатом» и Минздрава. 
Доля России в мировом рынке РФП — около 1 %.
Следует отметить, что, несмотря на большое количество литературы по статистическим данным производства и потребления радионуклидов в мире и по отдельно взятым странам, их оценки надо воспринимать ориентировочно.
Высокий спрос со стороны развивающихся стран на РН и РФП, 
а также достижения различных областей научной и практической медицины (кардиология, гепатология, урология, нефрология, пульмонология, эндокринология, травматология, неврология и нейрохирургия, 
педиатрия, аллергология, гематология, клиническая иммунология) 
создают огромные возможности для роста этого рынка в ближайшие 
годы.
К числу факторов, сдерживающих рост рынка ядерной медицины, 
следует отнести: короткий период полураспада радионуклидов, жесткие нормативные требования к производству и применению (эколо

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОНУКЛИДОВ В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

гия, радиационная безопасность и др.), а также конкуренция со стороны обычных диагностических методов.
Радионуклиды для ядерной медицины и соответствующие РФП 
на их основе с точки зрения области их применения классифицируют на диагностические и терапевтические.
В зависимости от типа излучения диагностические радионуклиды 
могут быть отнесены к двум группам.
1. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ, 
англ. SPECT). К оптимальным радионуклидам для ОФЭКТ относятся излучатели с энергией квантов в пределах 100–200 кэВ с периодами полураспада от нескольких минут до нескольких дней.
Подавляющее большинство диагностических процедур с помощью техники ОФЭКТ выполняется в течение последних 30 лет 
с технецием-99m ( 99mTc). Широко используются также таллий-201 
( 201Tl), галлий-67 ( 67Ga) и йод-123 ( 123I). Характерной особенностью 
ОФЭКТ-процедур является их относительная дешевизна. Так, по литературным данным стоимость этой процедуры с 99mТс составляет 
от 100 до 3500 $.
2. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ, англ. PET). Для этой 
процедуры обычно используются β+-излучатели с периодами полураспада от нескольких секунд до нескольких часов. В основном используются позитрон-излучающие РН: углерод-11 ( 11C), азот-13 ( 13N), кислород-15 ( 15O) и фтор-18 ( 18F). Радионуклид 18F применяется наиболее 
широко. Значительное количество публикаций посвящено использованию генераторных радионуклидов, таких как галлий-68 ( 68Ga), 
рубидий-82 ( 82Rb). Стоимость ПЭТ-процедуры значительно выше, 
чем ОФЭКТ. Она меняется в пределах от 1000 до 35000 $. По мнению специалистов, следует ожидать увеличения использования 
и других позитрон-излучающих радионуклидов, поскольку, несмотря на достаточно высокую стоимость ПЭТ, это направление бурно  
развивается.
В препаратах для проведения терапии РН является основным лечебным средством, которое позволяет локализовать лечебную дозу 
излучения непосредственно в органе-мишени или в пораженных 
клетках и, соответственно, обеспечить минимальное облучение окружающих здоровых клеток органов и тканей. В зависимости от характера и локализации патологического процесса для радиотерапии используют:

1. Ядерная медицина в мире

• β-излучатели с энергиями частиц в области 200–2000 кэВ;
• α-излучатели с высокой линейной передачей энергии и коротким пробегом частиц (50–100 мкм);
• радиоизотопы, распадающиеся электронным захватом (ЭЗ) или 
внутренней электронной конверсией (ВЭК).
Классификация основных РН, используемых в ядерной медицине, 
приведена в табл. 1.

Таблица 1 
Основные радионуклиды ядерной медицины 

Диагностическое назначение
Терапевтическое назначение

ОФЭКТ
ПЭТ
Бета- 
излучатели
Альфа- 
излучатели
Брахи- 
терапия

99mTc, 201Tl, 67Ga, 123I 
и др.

18F, 82Rb, 11C, 13N,  

15O и др.

131I, 153Sm, 188Re, 

90Y, 177Lu и др.

223Ra

125I, 192Ir,  

103Pd, 131Cs 
и др.
Кардиология, 
неврология; лимфома; щитовидная железа и др. 

Онкология, 
кардиология, 
неврология и др. 

Щитовидная железа; костные метастазы, лимфома, эндокринные опухоли и др.

Для получения РН используются:
• ядерные реакторы ( 32Р, 90Y, 99Mo/ 99mTc, 153Sm);
• линейные ускорители заряженных частиц, циклотроны;
• генераторы радионуклидов.
Реакторный способ — наиболее простой и экономичный, однако 
многие ценные в практическом отношении РН в реакторе получить 
невозможно. Для этого используют ускорители, на которых получают РН с оптимальными ядерно-физическими характеристиками для 
ОФЭКТ: 67Ga, 103Pd, 111In, 123I, 201Tl и др. Очень удобно использовать генераторы, позволяющие многократно получать препараты непосредственно на месте их использования путем разделения генетически 
связанных между собой радионуклидов — материнского и дочернего: 99Mo/ 99mTc, 82Sr/ 82Rb, 68Ge/ 68Ga, 44Ti/ 44Sc и др.
Все рынки РФП, как глобальные, так и региональные, подразделяются на диагностический и терапевтический сегменты. Доля диагностического сегмента составляет порядка 80 % от общей доли рынка РФП.
На рынке терапии наибольшую долю составляют бета-излучатели. Среди РН преобладают йод-131 ( 131I), далее следуют самарий-153 

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОНУКЛИДОВ В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

( 153Sm), рений-186 ( 186Re), иттрий-90 ( 90Y) и лютеций-177 ( 177Lu). В качестве альфа-излучателя эффективно используется радий-223 ( 223Ra). 
В брахитерапии применяются цезий-131 ( 131Cs), йод-125 ( 125I), палладий-103 ( 103Pd) и иридий-192 ( 192Ir).
Глобальные расходы, связанные с лечением онкологии, превышают расходы на лечение любых других видов заболеваний и составляют сегодня ~140 млрд $ с ежегодным темпом роста 11 %. Препараты 
ядерной медицины применяются в онкологии, кардиологии, неврологии и др. Наибольшая сравнительная «польза» РН-препаратов отмечается в онкологии, а именно в таргетной терапии — одном из самых передовых методов лечения онкозаболеваний. Рынок РФП для 
ЯМ сегодня оценивается в 6 млрд $ годовой выручки с перспективой 
ежегодного роста в 8–12 %.
Наиболее широко методы ЯМ применяются в диагностике и лечении 
онкологических заболеваний (3,58 млрд $ или 60 % рынка ЯМ) — рис. 1.

Лечение (1,5 млрд $)
 
Диагностика (4,5 млрд $)  

Онкология
Кардиология 
Прочие (неврология и др.)

 

Рис. 1. Мировой рынок РФП для ядерной медицины.  
Источник: Nuclear Medicine Radiopharmaceuticals  
market forecast to 2020, MarketsandMarkets 2015 

Вклад различных регионов в глобальный рынок РФП в 2015 г.1 (в %):

Северная Америка ....................................................45 
Азиатско-Тихоокеанский регион ............................27 
Европа .......................................................................24 
Остальной мир ............................................................4 

1 Жизнин С. З., Тимохов В. М. Международные рынки изотопов // Вестник  
МГИМО-Университета. 2016. № 5 (51). С. 145–157. URL: https://cyberleninka.ru/
article/n/mezhdunarodnye-rynki-izotopov (дата обращения: 12.06.2020).

1. Ядерная медицина в мире

Видно, что на рынке доминирует Северная Америка, далее следуют Азиатско-Тихоокеанский регион (АТР), Европа и остальная часть 
мира. Ожидается, что рынок АТР будет расти самыми быстрыми темпами в течение прогнозируемого периода.
Ключевыми участниками мирового рынка выступает ряд компаний, фактически являющихся монополистами в сфере предложений 
РФП и соответствующего оборудования. Среди них можно выделить 
следующие компании: Cardinal Health, Inc. (США); GE Healthcare (Великобритания); Bracco Imaging S. p. A. (Италия); Eczacibaşi-Monrol 
(Турция); Nordion Inc. (Канада); Advanced Accelerator Applications SA 
(Франция); Bayer HealthCare AG (Германия); Lantheus Medical Imaging, Inc. (США); IBA Molecular Imaging (Бельгия) и Mallinckrodt PLC 
(Ирландия).
Благодаря успехам европейской медицины в применении РФП  
ее рынок заметно диверсифицировался и расширился.
В 2015 г. в диагностическом сегменте рынка максимум продаж пришелся на РН технеций-99m и фтор-18, а на терапевтическом рынке 
лидировали радий-223, йод-131 и иттрий-90.
По странам максимальная доля продаж в 2015 г. приходилась 
на Германию, за которой следовали Франция, Италия, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии, Испания 
и Россия (в %)1:

Германия ..................................................................... 26 
Франция ...................................................................... 22 
Италия ......................................................................... 17 
Британия ..................................................................... 16 
Испания ...................................................................... 13 
Россия ...........................................................................4 
Остальная Европа .........................................................2 

Ожидается, что в ближайшие годы наибольший рост продаж будет 
происходить в Швейцарии, Польше, Дании, Швеции и Нидерландах. Следует отметить незначительный в сравнении с потенциальными возможностями вклад России.
В последние годы наиболее динамично развивается терапевтический рынок. На рис. 2 показаны все основные РН, по которым в мире 

1 Жизнин С. З., Тимохов В. М. Международные рынки изотопов // Вестник  
МГИМО-Университета. 2016. № 5 (51). С. 145–157. URL: https://cyberleninka.ru/
article/n/mezhdunarodnye-rynki-izotopov (дата обращения: 12.06.2020).

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАДИОНУКЛИДОВ В ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЕ

зарегистрированы терапевтические РФП либо ведутся их клинические испытания.

Количество
 арегистрированнП ––––– 

Количество П на клинически-------и доклиническиистания
Рис. 2. Основные РН, по которым есть зарегистрированные  
терапевтические РФП либо ведутся их клинические испытания 

Звездочкой на рис. 2 отмечены РН, которые пользуются высоким 
спросом1.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение дисциплины «ядерная медицина».
2. Что такое РФП?

1 Жизнин С. З., Тимохов В. М. Международные рынки изотопов // Вестник  
МГИМО-Университета. 2016. № 5 (51). С. 145–157. URL: https://cyberleninka.ru/
article/n/mezhdunarodnye-rynki-izotopov (дата обращения: 12.06.2020).