بحران جدی در پزشکی هسته ای

با هشداردهنده شدن وضعیت راکتورهای تولید رادیوایزوتوپ های پزشکی, آینده تصویربرداری های پزشکی در ابهام قرار گرفته است

با هشداردهنده شدن وضعیت راکتورهای تولید رادیوایزوتوپ‌های پزشکی، آینده تصویربرداری‌های پزشکی در ابهام قرار گرفته است.

پزشکان و بیماران در سراسر جهان، به طور فزاینده‌ای نگران کمبود ایزوتوپ‌های هسته‌ای مورد استفاده در تصویربرداری‌های پزشکی هستند. در چهار‌پنجم تصویربرداری‌های پزشکی جهان،‌ از یک رایونوکلاید به نام تکنتیوم۹۹ استفاده می‌شود. با این حال تامین این ماده هنوز هم به طور مشخصی با مشکل رو‌بروست. در سال ۲۰۰۷، بسته شدن غیرمنتظره یک راکتور هسته‌ای در کانادا،‌ انبار ایزوتوپ بیمارستان‌های آمریکای شمالی را تا ۸۰ درصد خالی کرد. این امر هراس فراوانی به دنبال داشت و باعث شد حدود پنج هزار مورد تصویربرداری پزشکی در طی پنج هفته لغو شود. برخی بیماران ناچار شدند بدون تصویربرداری‌هایی زیر تیغ جراحی بروند که معمولا پزشکان برای انجام جراحی به آن‌ها تکیه دارند. درست است که بعد از آن، مجددا ایزوتوپ مورد نیاز در امور پزشکی تامین شد،‌ اما ضعف این سیستم هنوز برطرف نشده است. در سال ۲۰۰۸ نیز کمبود ایزوتوپ مشکلاتی را به دنبال داشت.

مسئله حیرت‌آور این است که برای حل این مشکل هیچ برنامه روشنی وجود ندارد. برخی، راهکارهای میانه‌مدت و بلند‌مدتی پیشنهاد کرده‌اند که هر کدام برنامه‌های متفاوتی را می‌طلبند. اما نکته جالب توجه این‌ است که تمام این راه‌حل‌ها، استفاده از شتابدهنده‌ها را به جای راکتور هسته‌ای، پیشنهاد می‌کنند.

پزشکی هسته‌ای که بعد از جنگ جهانی دوم ایجاد شد، از تزریق ماده‌ای ترکیبی (که با مواد رادیواکتیو نشا‌ن‌دار می‌شوند) به درون گردش خون استفاده می‌کند. سپس حسگر‌ها از سه بعد به شناسایی ماده رادیواکتیو تزریق‌شده،‌ توزیع آن در بدن و نقشه مسیری که طی می‌کند می‌پردازند. ‌هم‌چنین این علم از آثار تخریبی رادیواکتیو نیز بهره می‌برد. در ابتدا از این روش در تعیین محل تومورها درون بدن، کنترل عملکرد قلب در پی حمله قلبی،‌ ترسیم نقشه گردش خون در مغز و نیز به عنوان راهنمای جراحی استفاده می‌شد. روزانه در سراسر جهان حدود هفتاد هزار تصویربرداری تشخیصی انجام می‌شود.

۸۵ درصد ۹۹mTc که در اروپا و آمریکای شمالی استفاده می‌شود،‌ از تجزیه مولیبدنیوم۹۹ (۹۹Mo) به دست می‌آید. اما تنها دو راکتور در جهان این ماده را تولید می‌کنند،‌ یکی راکتورهای فلاکس در پتن هلند و دیگری راکتور تحقیق ملی جهانی واقع در چاک‌ریور ایالت اونتاریو کانادا. نیمه‌عمر تشعشعی رادیوایزوتوپ ۹۹Mo تنها ۶۶ ساعت است،‌ یعنی هر ۶۶ ساعت یک‌بار، حجم این رادیوایزوتوپ به نصف کاهش می‌یابد و به همین دلیل؛ ذخیره کردن آن برای مدتی بیش از چند روز غیرممکن است. از این رو این محصول به طور مداوم تولید و به بیمارستان‌ها فرستاده می‌شود.

در نوامبر سال ۲۰۰۷ / آبان ۱۳۸۶، راکتور چاک‌ریور به دنبال منازعاتی بر سر ابقا آن بسته شد. تعطیلی این راکتور و کمبود ایزوتوپ ناشی از آن، منجر به اعتراض عمومی شد؛ چنان که دولت کانادا دستور بازگشائی این راکتور را صادر کرد و رییس کمیسیون امنیت هسته‌ای ملی که دستور تعطیلی این راکتور را داده بود، از سمتش برکنار شد. بعد از آن، در گوست سال ۲۰۰۸ / مرداد ۱۳۸۷؛‌ راکتور پتن هلند به دلیل نشت در سیستم خنک‌کننده تعطیل شد. آن زمان بدترین دوره بود، چرا که چهار راکتور بزرگ دیگر، از جمله چاک‌ریور کانادا نیز به دلائل نامربوطی کار نمی‌کردند.

مطبوعات از این رویداد به عنوان طوفانی اساسی در قابلیت دسترسی به ایزوتوپ یاد می‌کنند. در دسامبر ۲۰۰۸ / آذر ۱۳۸۷، راکتور چاک‌ریور مجددا به دلایل عادی برای چند روز تعطیل شد؛ ‌اما مشکلات پیش‌بینی‌نشده‌ای باعث شد که این تعطیلی بیش از مدت پیش‌بینی شده‌ به طول انجامد و باز بر روی انبارهای ایزوتوپ فشار وارد آمد. از سوی دیگر، ‌به نظر می‌رسد که راکتور پتن تا ماه‌های آینده نیز بازگشایی نشود.

هر دوی این راکتورها به نسبت خیلی قدیمی هستند و روشن نیست که تا چند وقت دیگر می‌توانند به کار خود ادامه دهند. برنامه‌هایی برای جایگزینی راکتور پتن تا سال ۲۰۱۵ ریخته شده است. مجوز کار راکتور چاک‌ریور هم سال ۱۳۹۰ / ۲۰۱۱ به پایان می‌رسد و انتظار می‌رود که تا سال ۲۰۱۶ بازسازی شود. تا آن زمان هیچ چیز قطعی نیست. مشکلی که در این‌جا وجود دارد، حساس و بحرانی است. اوایل ماه گذشته،‌ اتحادیه دانشمندان علاقه‌مند پیشنهاد کرد که برای کمک به تامین امن ایزوتوپ‌های پزشکی،‌ ظرفیت تولید این ایزوتوپ‌ها در ایالات متحده آمریکا افزایش یابد.

متاسفانه هنوز هیچ راهکار کوتاه‌مدت یا حتی بلند‌مدتی وجود ندارد که بتواند به طور مطمئن و کافی، ‌نیاز کشورهای جهان را به ایزوتوپ‌های پزشکی تامین کند. قرار بود که گردانندگان راکتور چاک‌ریور در ساخت دو راکتور تولید رادیونوکلاید جدید کمک کنند که می‌توانستند جایگزین راکتور‌های موجود باشند. این پروژه، راکتورهای MAPLE نامیده می‌شد و ظرفیت تامین ایزوتوپ مورد نیاز را در سراسر جهان داشت؛ اما در ژوئن ۲۰۰۸ / خرداد ۱۳۸۷، در پی مشکلات فنی بسیاری که راه‌اندازی پروژه را حدود ۸ سال به اخیر می‌انداخت،‌ متوقف شد.

پروژه جدیدی قرار است امسال در استرالیا افتتاح شود که انتظار می‌رود در سال‌های نزدیک بتواند ۱۰ الی ۲۰ درصد نیاز آمریکای شمالی را تامین کند. به علاوه، برنامه‌هایی هم برای ارتقای راکتور تحقیقاتی دانشگاه میسوری وجود دارد تا این راکتور نیز بتواند ۹۹Mo تولید کند. اما حتی اگر این برنامه‌های ارتقا طی پنج سال آینده با موفقیت کامل اجرا شوند،‌ باز به احتمال زیاد این راکتور قادر خواهد بود تنها نیمی از نیاز آمریکای شمالی را تامین کند . این مقدار کافی نیست.

موضوعی که مشکل این راکتورها را پیچیده‌تر می‌کند،‌ استفاده از اورانیوم بسیار غنی‌شده است که حدود ۹۳ درصد ایزوتوپ هسته‌ای اورانیوم ۲۳۵(۲۳۵U) را شامل می‌شود. این راکتورها از اورانیوم بسیار غنی‌شده به عنوان سوخت یا ماده اولیه در تهیه ۹۹Mo استفاده می‌کنند. آژانس بین‌المللی انرژی هسته‌ای و اداره امنیت ملی هسته‌ای آمریکا طی سال‌ها کوشیده‌اند که سوخت این راکتورها را به اورانیوم کم غنی‌شده تبدیل کنند تا از این طریق احتمال خطر دست‌یابی تروریست‌ها را به اورانیوم بسیار غنی‌شده کاهش دهند. به علاوه مشکل دیگری هم با مواد هدف در این راکتورها وجود دارد. تمام راکتورهای بزرگی که در حال حاضر مشغول به کارند، در بمباران ۲۳۵U از نوترون استفاده می‌کنند تا بتوانند عمل شکافت اتمی را آغاز کنند و ۹۹Mo تولید کنند.

● شکافت اتمی در آینده

با این حال، ‌گزینه دیگری هم وجود دارد. به جای این که نوترون را در راکتور به اورانیوم ۲۳۵ شلیک کنیم،‌ می‌توان در یک شتاب‌دهنده به اورانیوم ۲۳۸ که یکی از ایزوتوب‌های نسبتا ثابت اورانیوم است،‌ فوتون‌های پر انرژی شلیک کرد. این کار عمل شکافت اتمی مورد نیاز را نیز فراهم می‌کند. درست است که در این روش برای تولید ۹۹Mo نیاز به کاهش شدت انرژی است، ‌اما امتیاز مهم‌تر آن استفاده از مواد امن‌تر است.

بنابراین، مسئله جدید، ایجاد باریکه نیرومندی از فوتون است که بتواند معادل تولید راکتورهای فعلی،‌ تولیدی عملی و اقتصادی داشته باشد. طی سال‌های گذشته،‌ علم و مهندسی ماشین‌های شتاب‌دهنده الکترون پرشدت بسیار پیشرفت کرده است. قیزیکدانان معتقدند اکنون امکان ساخت ماشین‌های مناسب برای تبدیل الکترون‌های شتاب‌داده شده به نور، وجود دارد.

دولت کانادا به حدی به یافتن جایگزینی برای ۹۹Mo تولیدی در راکتور، مشتاق است که در اکتبر ۲۰۰۸ کارگاهی آموزشی در این زمینه ترتیب داد. در این کارگاه که با مشارکت وزارت منابع طبیعی کانادا و آزمایشگاه ملی فیزیک اتمی کانادا (TRIUMF) برگزار شد،‌ امکان طراحی و ساخت خط شتابدهنده الکترون بررسی شد. نتیجه کارگاه این بود که اصولا ‌این شتابدهنده‌ها می‌توانند ساخته شوند و به طور منظم کار کنند و نیز این که باید پروژه‌های تحقیقاتی بسیاری برای بررسی و بازبینی آن‌ها طراحی شوند.

حالا که تولید شتابدهنده مورد توافق دولت کانادا قرار گرفته است،‌ طی پنج سال آینده، ‌احداث این شتابگر نیاز به زمانی حدود سه سال و هزینه‌ای بین ۵۰ تا ۱۲۵ میلیون دلار آمریکا خواهد داشت. محاسبات حاکی از آنند که این شتابدهنده قادر به تامین نیاز کل کانادا به ۹۹Mo خواهد بود. این رقم در حدود ۱۰ درصد نیاز آمریکای شمالی و ۵ درصد نیاز کل دنیاست. بنابراین برای جانشینی راکتورهای موجود،‌ ماشین‌های شتابدهنده بسیار زیادی مورد نیاز است. البته این شتابدهنده‌ها نسبت به راکتورهایی که بین ۵۰۰ میلیون تا یک میلیارد دلار آمریکا هزینه دارند، ارزان‌ترند. به علاوه نگرانی‌های مربوط به محدودیت سطح هسته‌ای را ندارند. از بین بردن یا حذف یک شتابدهنده هم به پیچیدگی راکتور نیست. زمانی که امکان‌پذیری آن‌ها اثبات شود، به راحتی تعداد زیادی از آن‌ها ساخته خواهند شد.

به طور حتم در دراز مدت شتابدهنده‌های متفاوت، ‌سهم رو به رشدی در تصویربرداری پزشکی خواهند داشت. با این که در حال حاضر ۹۹mTc ایزوتوپی است که بیشترین استفاده را در تصویربرداری‌های پزشکی دارد،‌ اما این وضعیت در حال تغییر است.

تصویربرداری‌ای که در آن از ۹۹mTc استفاده می‌شود،‌ پرتونگاری کامپیوتری با استفاده از انتشار فوتون(SPECT) نامیده می‌شود. اما نوع دیگری از تصویربرداری با نام پرتونگاری با استفاده از انتشار پوزیترون (PET)‌ در حال پیشی گرفتن است. هر دو روش از مولکول‌های زیستی فعال استفاده می‌کنند که با رادیونوکلایدها نشانه‌گذاری می‌شوند. آن‌چه در این دو روش متفاوت است، نحوه از بین رفتن رادیونوکلایدهاست.

روش PET امکان تصویربرداری واضح‌تری را فراهم می‌کند و این برتری را مدیون رادیونوکلایدی است که در آن به کار می‌رود. این رادیونوکلاید به دو ماده دیگر تجزیه می‌شود که به طور همزمان در دو جهت مخالف به حرکت خود ادامه می‌دهند. سیستم با دنبال کردن این دو ماده حاصل می‌تواند با دقت تعیین کند که مواد نشانه‌دار شده با رادیواکتیو در کجای بدن هستند و در آن ناحیه چه تراکمی دارند. اما در مقابل،‌ حس‌گرهای سیستمSPECT تنها یک ماده برای تعقیب کردن دارند. به علاوه این سیستم نمی‌تواند تشخیص دهد که وقتی تشعشع دریافتی از ذره‌ای کم می‌شود،‌ این امر نتیجه تضعیف ماده رادیواکتیو است یا این که ذره به ناحیه‌ای عمیق‌تر در بدن وارد شده است. در نتیجه تصویر حاصل محو و مبهم می‌شود.

علاوه بر این‌ها، ماده رادیواکتیو استفاده‌شده درPET خیلی راحت‌تر به مولکول‌ها متصل می‌شود. این مولکول‌ها از موادی خاص در بدن، مانند نوعی هورمون هستند. این نوع تصویربرداری در تشخیص بیماری‌ها بسیار کارایی دارد.

در تصویربرداری به روش PET از ایزوتوپ‌هایی استفاده می‌شود که به جای راکتور، در شتاب‌دهنده‌ها تولید می‌شوند. اما نیمه‌عمر تشعشعی آن‌ها از رادیوایزوتوپ‌های مورد استفاده در SPECT کوتاه‌تر است به همین دلیل بیمارستان‌ها باید دستگاه شتاب‌دهنده خودشان را داشته باشند یا به منابع محلی دسترسی داشته باشند. نیمه‌عمر تشعشعی بهترین رادیونوکلاید برایPET، یعنی کربن۱۱ تنها ۲۰ دقیقه است. نیمه‌عمر فلورین ۱۸ هم که متداول‌ترین نشان‌گر مورد استفاده در تومورشناسی با روش تصویربرداری PET است، ‌۱۱۰ دقیقه است. این شرایط در حال حاضر PET را نسبت به SPECT پرهزینه‌تر می‌سازد.

امروزه از ۱۲۵۰۰ موسسه پزشکی هسته‌ای در ایالات متحده، ‌تنها دو هزار موسسه به سیستم تصویربرداری PET مجهزند و دسترسی به رادیوایزوتوپ‌های مورد نیاز، هنوز هم محدود است. طی یک دوره کوتاه در اواخر سال ۲۰۰۷، برخی از مراکزی که به سیستم PET دسترسی داشتند،‌ این سیستم را جایگزین سیستم SPECT در تشخیص غدد سرطانی کردند و این اقدام موفقیت‌آمیز بود. به طور ایده‌آل همه بیمارستان‌ها را باید به همین نحو مجهز ساخت. برای این که این ایده‌آل به تحقق بپیوندد، باید شتاب‌دهنده‌ها و سیستم‌های تصویربرداری PET از لحاظ اقتصادی به صرفه‌تر شوند و دولت‌ها نیز از این روند حمایت کنند. برای مثال، دولت چین در تلاش است SPECT را مرحله به مرحله کنار بگذارد و بر روی PET سرمایه‌گذاری کند. هزینه‌های تصویربرداری با سیستم PET به سرعت در حال کاهش است و با گذشت زمان،‌ شتاب‌دهنده‌ها هم اقتصادی‌تر می‌شوند. اما جایگزینی کامل سیستم SPECT با PET احتمالا یک دهه طول خواهد کشید.

● زمان عمل

هنوز هم بازارهای عمده در جهان به ۹۹Mo/۹۹mTc نیاز دارند. برای این که معلوم شود آیا رویکرد موافق با شتاب‌دهنده‌ها، پایدار خواهد ماند و این که آیا شتاب‌دهنده‌ها بر راکتورها برتری دارند،‌ باید بسیاری تصمیم‌ها سریع‌تر گرفته شوند. در همین زمان هم تجهیزات مورد نیاز برای جایگزینی کامل می‌شوند.

در حال حاضر،‌ راکتور چاک‌ریور دچار نشت شده و این امر به معنای تعطیلی این راکتور برای تعمیرات است. راکتور‌های چاک‌ریور و پتن هر دو بسیار قدیمی‌اند و چنین مشکلاتی در آن‌ها دور از انتظار نیست. تا چه زمانی این راکتورهای قدیمی می‌توانند با امنیت و کارامدی به کار خود ادامه دهند؟

دولت کانادا هنوز هم فرصت دارد که میراث پیشتازی در عرصه هسته‌ای را برای خود حفظ کند. با این که تولید و توزیع رادیوایزوتوپ‌ها جزو بخش‌ خصوصی است،‌ اما سلامت ساکنین سراسر دنیا نیازمند مشارکت بخش خصوصی و دولت‌ها در هم سطوح است. باید قبل از این که خیلی دیر شود،‌ دست به عمل زد.

نیچر، شماره ۷۲۲۹

ترجمه:‌ بهنوش خرم‌روز