Il Ciclotrone del Policlinico Gemelli Advanced Cyclotron System Inc Il Ciclotrone del Policlinico Gemelli Advanced Cyclotron System Inc. TR-19 Luca Indovina Luca.indovina@policlinicogemelli.it Fondazione Policlinico Gemelli 12 Ottobre 2015

Centro PET-TC e Laboratorio Radiofarmacia UOC Medicina Nucleare – Direttore Prof. A. Giordano Dipartimento di Diagnostica per immagini e Radioterapia Fondazione Policlinico Gemelli 3 Un Ciclotrone Due PET Laboratorio Radiofarmacia 7 Medici Nucleari e 2 Radiologi 5 Tecnici di radiologia 9 Infermieri 5 persone di segreteria 3 Specializzandi 4 Chimici/CTF/Farmacia 4 Tecnici 2 Fisici 39

Il ciclotrone al Gemelli: caratteristiche ADVANCED CYCLOTRON SYSTEMS A ioni negativi di idrogeno (H-) Verticale (apertura a libro) Sorgente di ioni esterna Parzialmente schermato Fascio singolo o doppio Fino a 8 target DIMENSIONI DI INGOMBRO Lunghezza: 330 cm Profondità: 150 cm + 50 cm sorgente Altezza: 200 cm Peso: 29 T Magnete da solo 22 T

Tempo di bombardamento Attività prodotta a EOB Radioisotopi Radionuclide Reazione Tempo di bombardamento Attività prodotta a EOB F-18 (F-) 18O[p,n]18F 60 minuti 18F 4000 mCi C-11 14N[p,α]11C 20 minuti 11CO2 2000 mCi N-13 16O[p,α]13N 10 minuti 13NH3 500 mCi O-15 15N[p,n]15O 6 minuti 15O2 1000 mCi Radionuclidi realizzabili tramite upgrade della macchina I-124 124Te[p,n]124I - Cu-64 64Ni[p,n]64Cu

Utilizzo ciclotrone Prodizione di radiofarmaci in farmacopea e sperimentali [18F] FDG [18F] Fluoro Etil Colina [68Ga] Gallio Dotatoc [68Ga] Gallio Dotanoc [11C] Metionina [68Ga] Gallio PSMA [13N] Ammonia [11C] PiB [18F] Fluoro Metil Colina Scopo: Traccianti marcati con b+ per indagini medico nucleare mediante PET/TC (Oncologia, Neurologia, Cardiologia)

UN PO’ DI STORIA PET e PET-TAC

L’INTEGRAZIONE PET e PET-TAC

Analisi quantitativa di farmacocinetica mediante modelli compartimentali e modelli di analisi non lineare

UN PO’ DI STORIA Radiofarmacia

PRODUZIONE E UTILIZZO DI RADIONUCLIDI U. O. CENTRO PET-TAC - U. O PRODUZIONE E UTILIZZO DI RADIONUCLIDI U.O. CENTRO PET-TAC - U.O. RADOFARMACIA/CICLOTRONE Cella 2: NH3 Cella 4: Sintesi FDG , FColina Cella 5: Frazionamento FDG, FColina Cella 6: Sintesi FDG, FColina Cella 7: Ga68-Dotanoc Radiofarmacia: 7 celle schermate.

Il ciclotrone al Gemelli: struttura LA SORGENTE TIPO DI SORGENTE Produzione di ioni negativi di idrogeno (H-) da H2 Sorgente esterna: facilità di manutenzione Fasci eccezionalmente puri e stabili Sistema di iniezione: H- con energia di 25 KeV La sorgente di ioni montata esternamente elimina la necessità di accedere alla camera principale per eseguire lavori di manutenzione sulla sorgente stessa.

Il ciclotrone al Gemelli: struttura GLI ALTRI COMPONENTI RADIOFREQUENZA (elettrodi cavi o dees) TARGET POLO DEL MAGNETE Il design consente ai sotto-sistemi del ciclotrone (i.e. sorgente di ioni, estrattori di fascio e selettori di target) di essere separati dalla camera principale tramite valvole. Questa modularità del sistema vuoto elimina la necessità di perdere il vuoto nella camera principale durante la manutenzione ed evita ritardi dovuti a malfunzionamento delle pompe. Inoltre, i fogli di estrazione e tutti i target possono essere sostituiti senza accedere alla camera principale. ESTRATTORE

Il ciclotrone TR19: funzionamento TARGET Sorgente ioni H- L’energia degli ioni estratti dipende dal raggio in corrispondenza del quale l’operazione viene effettuata; un raggio maggiore significa energia maggiore. Aumento di energia per giro 200 keV: 75-100 giri; L’opzione “energia variabile” del TR19 permette all’Operatore di estrarre gli ioni di idrogeno a livelli di energia da 13 MeV a 19 MeV; Inoltre, grazie alla sorgente di ioni di tipo “multicusp” è possibile anche estrarre fasci di variabile intensità ENERGIA FASCIO IN ENTRATA 25 keV ENERGIA FASCIO IN USCITA 19 MeV

Il ciclotrone TR19: i target TARGET LIQUIDI TARGET GASSOSI Indipendentemente dal tipo di isotopi prodotti, tutti i corpi dei target forniti con il TR19 condividono un’interfaccia comune con il selettore di target a quattro posizioni. I corpi dei target sono costruiti in alluminio. Il Niobio é usato nel target [18F]FDG perché è relativamente inerte rispetto agli ioni di fluoro.

ACSI TR-19 Alcune caratteristiche Energia di estrazione 13 - 19MeV Vuoto Design modulare Pompe rotative, turbomolecolari e Criogeniche Punto lavoro 1.5 10-7 Torr (2.0 10-7 millibar) Convectron Pirani gauge, misura thermal conductivity (Atm – 10-4 Torr) Hot Cathode Ionization gauge (10-4 – 10-10 Torr) Magnete Peso magnete 22 t Potenza assorbita 19 kW DC – Corrente 490A 4 settori hills e valleys a 45° (Courant and Snyder focusing) Campo magnetico medio 1.2 Tesla (0.55T – 1.9T) Mobile yoke

ACSI TR-19 Alcune caratteristiche (1) Radiofrequenza: 2 Dees a 45° posti nelle valleys 1 e 3 Ampiezza 50kV Risonanza a 74MHz per H- 4° armonica della frequenza di rivoluzione Power Amp EIMAC water cooled triode Sorgente di ioni (ISIS): Sorgente esterna 150 uA Filamento di tungsteno Plasma and Extraction lens system for ion production Beam injection line – 25keV Doppietto di dipoli e quadrupoli Inflector

Attuale utilizzo ciclotrone: Produzione di radionuclidi in ambiente ospedaliero per farmaci per clinica e ricerca Utilizzo futuro del ciclotrone: valutazione di produzione di I124 e Cu64 per lo sviluppo di nuovi farmaci per indagini medico nucleare. Possibile utilizzo futuro del ciclotrone anche per necessità diverse (se richiesto)

Grazie per l’attenzione

18F-FDG e cellule normali Trasportato, fosforilato a 18F-FDG-6-PO4 ma non accumulato perchè rapidamente defosforilato Cellule normali: elevata attività di glucosio-6-fosfatasi Caraco C. J Biol Chem 2000;16:18489-94

18F-FDG e cellule tumorali Trasportato, fosforilato a 18F-FDG-6-PO4 e accumulato perché molto meno rapidamente defosforilato Cellule tumorali: bassa attività di glucosio-6-fosfatasi Smith TAD. Nucl Med Biol 2001;28:1

Analisi semiquantitativa di immagini medico nucleare