Production de radionucléides innovants pour des applications théranostiques utilisant des cyclotrons commerciaux ou des réacteurs nucléaires couplés avec la séparation en masse

Innovative radionuclides production for theranostics applications from commercial cyclotrons and nuclear reactors coupled with mass separation technology

• Auteur / Autrice : Roberto Formento Cavaier
• Direction : Ferid Haddad, Ilyes Zahi, Thomas Sounalet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/02/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Ulli Köster
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Stora, Arnaud Guertin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Scandium

Erbium

Terbium

Théranostique

Médecine nucléaire

Mots clés libres

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Résumé

En médecine nucléaire, la pureté du produit final est très importante. Souvent les contaminants peuvent être chimiquement éliminés. Néanmoins, cette technique n’est pas appropriée quand les contaminants proviennent du même élément. Dans ce cas, seulement des processus physiques peuvent être utilisés. La séparation en masse est l’un de ces procédés. Le but de ce travail de thèse au sein du projet MEDICIS-PROMED est de déterminer la faisabilité de la production de radionucléides innovants pour des applications théranostiques. Cela au travers de l’utilisation de cyclotrons commerciaux ou de réacteurs nucléaires, couplées avec la séparation en masse développée au CERN-MEDICIS. Au laboratoire JGU de Mayence (Allemagne) afin d’améliorer les rendements de séparation en masse nous avons étudié l’apport de l’ionisation laser dans l’objectif de la combiner avec la séparation en masse. Ainsi le développement d’une méthode alliant ces processus de séparation physique donne accès de manière industrielle à des produits à très hautes activités spécifiques et très pures, qui n’étaient pas disponibles en quantités suffisantes. Des radionucléides du scandium et du terbium ont été identifiés pour la production en cyclotrons et l’Er-169 pour la production en réacteurs. Le développement des cibles appropriées à la production industrielle a été réalisé pour les premiers deux éléments. En parallèle, nous avons réalisé la première production mondiale d’Er-169 à très haute activité spécifique en combinant le réacteur nucléaire de l’ILL et le séparateur en masse de CERN-MEDICIS. Les améliorations envisagées ainsi que les perspectives futures seront présentées et discutées.

In nuclear medicine, batches purity is of key importance. Contaminants coming from the irradiation can be often removed using chemistry. However, this technique does not work when contaminants corresponds to isotopes of the same element. In this case, only physical processes can be used. One technique is the mass separation, but it suffers from low process efficiency and it is thus limited to research. The aim of this work, within MEDICISPROMED project, is to determine the feasibility of producing innovative radionuclides for theranostics applications. Thus, using a commercial cyclotron, or in alternative a nuclear reactor, coupled with the mass separation technology developed at CERN-MEDICIS. Work was also performed at JGU of Mainz (DE) on laser ionization technique. Combined to mass separation, it improves the efficiency of the overall process. The developed production method will allow producing high purity and high specific activity batches; it can make available those radionuclides which are not currently produced in sufficient quantities. Radionuclides of scandium and terbium have been identified for the production in cyclotrons, while Er-169 has been identified for the production in reactors. For the first two elements, the scheme from target development to large-scale production has been studied. In parallel, we have performed the first ever production of very high specific activity Er-169 using ILL reactor and CERN-MEDICIS mass separator. Future improvements needed, as well as future perspectives of this production method, will be presented and discussed.