Ordeñando gracias a un reactor nuclear

Por Nuria García Herranz

Es bien sabido que la medicina nuclear es clave para la lucha contra el cáncer y el diagnóstico de enfermedades. Lo que resulta menos conocido es que ello solo es posible hoy en día gracias a los reactores nucleares, los encargados de producir la mayor parte de los radioisótopos médicos utilizados en medicina nuclear.

¿De verdad es necesario un reactor nuclear para poder ordeñar?

Así es, aunque con ordeñar no nos estamos refiriendo a extraer leche de una vaca en una granja …

Los radioisótopos en medicina nuclear

Actualmente la medicina no se concibe sin las radiaciones ionizantes, ampliamente utilizadas tanto con fines diagnósticos como terapéuticos. Se estima que un 80% de las decisiones médicas importantes están basadas en estudios de radiodiagnóstico y medicina nuclear.

El radiodiagnóstico [1] se apoya en imágenes obtenidas mediante rayos X emitidos por un equipo desde el exterior del cuerpo, ya sean radiografías, tomografías computerizadas o TC (más conocidas como TAC),  mamografías, etc.

Por otra parte, el diagnóstico en medicina nuclear [2] está basado en imágenes obtenidas a partir de radiaciones emitidas desde dentro del cuerpo, tras inyectar al paciente un isótopo radiactivo.

Los isótopos radiactivos o radioisótopos son materiales que no son estables, sino que se desintegran espontáneamente liberando energía en forma de radiaciones. Una vez inyectado en el paciente el radioisótopo, éste se distribuye en el órgano de estudio y las radiaciones emitidas pueden ser detectadas desde el exterior del cuerpo, proporcionando imágenes dinámicas del órgano explorado que permiten analizar su funcionamiento. Ejemplos de estas técnicas son la tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía por emisión de fotón simple o gammagrafía (SPECT). Con frecuencia son empleadas conjuntamente con las técnicas radiológicas por su carácter complementario (PET-TC, SPECT-TC) para un diagnóstico mejorado.

El rey de los radioisótopos médicos: el tecnecio-99m

El radioisótopo más empleado en la práctica médica es, con diferencia, el tecnecio-99 metastable (Tc-99m), utilizado en gammagrafías en más de 30 millones de procedimientos médicos cada año a nivel mundial [3]. Una de sus ventajas es que tiene una semivida (tiempo que tarda en reducirse su concentración a la mitad) de tan solo 6 horas, por lo que desaparece rápidamente del cuerpo del paciente, el cual recibe bajas dosis de radiación.

Sin embargo, en su virtud está su defecto. Su corta vida hace que no sea posible almacenarlo ni transportarlo a centros médicos alejados de los centros de producción, ya que en unas horas desde su formación habrá desaparecido. Por ello, se recurre a producir su isótopo padre, el molibdeno-99 (Mo-99), que se desintegra en tecnecio-99m con una semivida de unas 66 horas.

Una vez producido, el molibdeno-99 es adsorbido por un material adsorbente e introducido en un recipiente del tamaño de un robot de cocina llamado generador de radioisótopos, que se transporta a los hospitales. El tecnecio-99m se irá generando a medida que se vaya desintegrando su isótopo padre y, al tratarse de un elemento químico diferente con poca afinidad por el material adsorbente, puede ser extraído selectivamente con solo pasar por el material una solución fisiológica. Se dispone así de tecnecio-99m en los hospitales no ya por un periodo de varias horas, sino de una a dos semanas.

A extraer el tecnecio-99m se lo denomina en ocasiones en la jerga hospitalaria “ordeñar la vaca”. Así que “ordeñar” ese generador de radioisótopos sólo es posible gracias al molibdeno-99.

¿Y cómo se produce el molibdeno-99, padre del tecnecio-99m?

El molibdeno-99 se obtiene como producto de fisión del uranio en los llamados reactores nucleares de investigación. ¡Y no es el único radioisótopo médico producido en un reactor! Ejemplos de otros isótopos utilizados con fines diagnósticos son el xenon-133 o el yodo-123, y con fines terapéuticos el yodo-131, empleado en el tratamiento contra el cáncer de tiroides, o el lutecio-177, empleado en el cáncer de próstata con resultados prometedores [4].

En la actualidad la práctica totalidad de la demanda mundial de esos radioisótopos es satisfecha por nueve reactores de investigación, la mayor parte de edad avanzada, lo que podría provocar un desabastecimiento en su suministro como ya ocurrió en 2009-2010 [5]. Ello unido a que la demanda de radioisótopos no deja de crecer [6] hace necesaria la construcción de nuevos reactores que aseguren un abastecimiento continuo y estable.

Actualmente se está construyendo en el sur de Francia con una pequeña participación española el reactor Jules Horowitz [7] que podrá satisfacer del 25% al 50% de la demanda europea de molibdeno-99 hacia 2027. También está previsto que el reactor MYRRHA [8], en fase de pre-licenciamiento en Bélgica y que será pionero en el mundo al ser el primer reactor subcrítico asistido por un acelerador de partículas, se utilice para producción de radioisótopos.

Hay además otras tecnologías emergentes que pueden reforzar la cadena de suministro con una inversión económica más reducida. Una de ellas en fase de licenciamiento en Estados Unidos, y a la cual habrá que estar muy atentos en Europa, es la tecnología SHINE [9], que consta de un generador de neutrones acoplado a un sistema subcrítico que contiene una solución de uranio.

Así que puede decirse que el futuro de la medicina nuclear depende de sistemas innovadores como éstos, que en algunos casos aún plantean ciertos retos. Una de las líneas de trabajo del grupo de investigación de la UPM ”Ciencia y Tecnología de sistemas avanzados de fisión nuclear» es el desarrollo de metodologías y análisis de los datos nucleares requeridos para contribuir al diseño y seguridad de reactores innovadores [10-12].

Parecen claros los beneficios para la salud humana de la medicina nuclear, que emplea radioisótopos para diagnósticos cada vez más sofisticados y tratamientos oncológicos con perspectivas cada vez más esperanzadoras. Pero no podemos olvidar cómo contribuyen a ello los reactores nucleares; no podemos olvidar que hoy en día solo es posible “ordeñar” un generador de radioisótopos en un hospital gracias a un reactor nuclear.

Referencias

[1] Herranz Crespo, R., Real, A., Otras aplicaciones de la energía nuclear: aplicaciones en medicina (Parte I). Radiobiología. Radiodiagnóstico. Nuclear España (2020)

[2] Herranz Crespo, R., Real, A., Otras aplicaciones de la energía nuclear: aplicaciones en medicina (Parte II). Medicina Nuclear y Radioterapia. Nuclear España (2020)

[3] OECD/NEA (2019), The Supply of Medical Isotopes: An Economic Diagnosis and Possible Solutions. OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/9b326195-en

[4] Carreras-Delgado, J.L., et al., Teragnosis en medicina nuclear. Anales de la Real Academia Nacional de Medicina de España 137((01) 54-49 (2020) http://dx.doi.org/10.32440/ar.2020.137.01.rev06

[5] Van Noorden, R. Radioisotopes: The medical testing crisis. Nature 504, 202–204 (2013). https://doi.org/10.1038/504202a

[6] OECD/NEA (2019), The Supply of Medical Radioisotopes, 2019 Medical Isotope Demand and Capacity Projection for the 2019-2024 Period, NEA/SEN/HLGMR (2019)1

[7] Bignan, G. et al., The Jules Horowitz Reactor, A New High Performance European MTR with Modern Experimental Capacities: Toward an International Centre of Excellence. Meeting of the International Group on Research Reactors, RRFM 2012, Prague, Czech Republic (2012)

[8] Van den Eynde, G., et al. An updated core design for the multi-purpose irradiation facility MYRRHA. J. Nucl. Sci. Technol. 52 (2015) 1053-1057

[9] Piefer, G.R., et al., Mo-99 Production Using a Subcritical Assembly. 1st Annual Molybdenum-99 Topical Meeting, Santa Fe, New Mexico (2011)

[10] Romojaro, P., García-Herranz, N., Alvarez-Velarde, F.,  On the development of nuclear data for LFR. Revista Nuclear España (2020)

[11] Romojaro, P., Alvarez-Velarde, F., Cabellos, O.,  García-Herranz, N., Jiménez, A., On the importance of target accuracy assessments and data assimilation for the co-development of nuclear data and fast reactors: MYRRHA and ESFR. Annals of Nuclear Energy 161 (2021), https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108416

[12] Ratero, C., Serna, P., García-Herranz, N., Comparative Analysis of Mo-99 Production in the Jules Horowitz Reactor and in the SHINE® System. Proceedings of the ENYG Forum (2021)

Nuria García Herranz es Profesora Titular de Universidad en la Sección Nuclear del Departamento de Ingeniería Energética en la ETSI Industriales de la UPM. Su actividad investigadora se centra en el desarrollo de metodologías para la simulación de los procesos que tienen lugar en el núcleo de los reactores nucleares, tanto actuales como innovadores.