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Le cuivre-64 est un isotope radioactif du cuivre qui a une période T1/2 = 12.7 h. Son schéma de décroissance radioactive est représenté sur la figure 1.


Figure 1: schéma de décroissance du Cu-64.

On constate que le cuivre-64 décroit par:

  • Émission de positrons dans 17,52% des cas. Cela permet d’imaginer son utilisation en imagerie pour la tomographie d’émission de positrons. Son rendement d’émission de positrons est près de 5 fois plus faible que celui du fluor-18. Cependant, l’énergie des positrons émis est faible, comparable à celui du fluor-18, permettant une bonne résolution des images obtenues. Il n’a pas de gamma de haute énergie émis lors de sa décroissance. La chimie du cuivre est bien connue et riche ce qui ouvre de nombreuses pistes pour son radiomarquage.
  • Émission β- dans 38,48% des cas. L’émission d’un électron est réalisée pour chacune de ces décroissances. L’énergie des électrons est différente pour chaque électron émis.
  • Capture électronique dans 44% des cas. Des électrons sont émis mais leurs énergies sont spécifiques puisque dépendantes des niveaux d’énergie des électrons du cortège électronique.

Compte tenu de ces différents modes de décroissance et du fait de la présence d’un autre radionucléide du cuivre émetteur β-, le Cu-67, le Cu-64 est pressenti pour plusieurs utilisations :

  • Imagerie TEP avec des vecteurs ayant des temps d’équilibration de quelques heures (peptides, fragments d’anticorps)
  • Imagerie TEP de l’hypoxie (Cu-ATSM ou traceurs de la famille cyclen/cyclam)
  • Calcul dosimétrique pré-thérapeutique pour la paire de radioisotopes émetteurs de positrons et bêta- cuivre-64/cuivre-67 dans le cadre d’une approche theranostique
  • Thérapie ciblée au Cuivre-64 compte tenu du fait qu’il y a émission d’au moins un électron ou un positron par décroissance.

Production du Cu-64 sur Arronax

Sur Arronax, compte tenu des caractéristiques des faisceaux disponibles, nous avons décidé de produire le Cu-64 en utilisant un faisceau de deutérons de 16 MeV. La réaction nucléaire utilisée est :

d + 64Ni → 64Cu + 2n

Sur la figure 2, sont représentées la courbe de section efficace de production de cette réaction ainsi que celle associée à la voie de production plus traditionnelle utilisant des protons comme projectile.

Figure 2 : Sections efficaces de production du cuivre-64 pour les protons et les deutérons interagissant sur une cible de nickel-64 respectivement à gauche et à droite.

Outre le fait de disposer directement de ce faisceau à cette énergie en sortie de l’accélérateur, le choix des deutérons permet d’avoir un rendement de production plus élevé qu’avec des protons. En effet, on voit sur la figure 2 que la valeur du maximum de la section efficace est plus grande avec des deutérons qu’avec des protons mais aussi que la plage en énergie est plus large avec les deutérons.

Préparation des cibles

Les cibles sont obtenues par électrodéposition de nickel-64 enrichi sur un support en or. Le taux d’enrichissement de nickel-64 utilisé est de 99,2% (le nickel-64 n’est présent qu’à hauteur de 0,0255% dans le nickel naturel). Les cibles ont une épaisseur variant de 10 à 30 µm de manière à tirer parti du maximum de la section efficace.

Figure 3: Cible de nickel-64 enrichie sur son support en or réalisée pour la production de Cu-64.

L’irradiation se fait dans les stations d’irradiations IBA avec des navettes adaptées dans lesquelles la cible est inclinée à 15° par rapport à l’horizontale. Une irradiation typique dure 3 h avec un faisceau de deutérons de 16 MeV et une intensité de 90 µA sur cible.

Extraction et purification

A l’issue de l’irradiation, la cible de nickel-64 est dissoute. La solution obtenue est ensuite passé dans un ensemble de colonne de chromatographie afin d’isoler le Cuivre-64 produit ainsi que le nickel-64 qui est recyclé pour fabriquer de nouvelles cibles compte tenu du prix élevé de ce matériau.

A l’issue de chaque production un contrôle qualité est réalisé de manière à s’assurer de la conformité du produit aux exigences pharmaceutiques. Les principales caractéristiques sont :

  • La pureté radionucléidique > 99,90%
  • La concentration radioactive > 890 MBq/mL
  • L’activité spécifique vis à vis du cuivre stable: > 10 MBq/nmol

La production en qualité radiochimique est maintenant opérationnelle à raison de deux productions par mois. Elle alimente les programmes de recherche de nombreux laboratoires en France notamment au sein du laboratoire d’excellence IRON.

La production en qualité radiopharmaceutique a debuté en janvier 2019 au sein de l’antenne de la pharmacie à usage interne du CHU de Nantes (APUI).