Artikkel

Thorium - fra gråstein til kreftmedisin

Thorium - fra gråstein til kreftmedisin

Thorium finnes i flere bergarter i Norge.
Thorium kan forekomme i vanlig gråstein, men vi kan utnytte de radioaktive egenskapene til kreftmedisin. Bruk bildet.

Er det mulig å kurere kreft med utgangspunkt i helt vanlig gråstein? Svaret er overraskende nok ja, det kan rett og slett være en strålende løsning. 

For 150 år siden ble periodesystemet etablert og derfor feirer vi i  2019 «Periodesystemets år» (1). Vi vil derfor dedikere dette innlegget til Norges nyutnevnte nasjonalgrunnstoff, nemlig thorium og dets forskningsbaserte utnyttelse som kreftmedisin.

Thorium-232 (232Th) forekommer naturlig i små mengder i jordskorpen, altså i vanlig stein. Stener som krystaller og edelstener har i lang tid blitt brukt i overbevisning om å kunne helbrede alt fra forkjølelse til kreft, men i dette tilfelle har forskere funnet ut at helt vanlig gråstein faktisk kan gjøre nytten. Ved å følge alkymistenes gamle drøm om å endre grunnstoffer for å danne gull, er det faktisk mulig å endre thorium fra gråstein for å danne kreftmedisin. Det er ikke ved magi, men rett og slett ved reell utnyttelse av thoriums radioaktive egenskaper, at løsningen ligger. 

Nukleære fasiliteter, slik som atomreaktorer, blir blant annet brukt til å lage radionuklider til kreftmedisin. Norges to forskningsreaktorer ved IFE er dessverre permanent lagt ned, derfor jobber forskere på spreng med å finne nye måter å utvinne radioaktive stoffer til strålebehandling og kreftmedisin, og utnyttelse av naturlig thorium kan være løsningen. Ved å benytte 232Th som utgangspunkt slipper man å gå veien om kjernekraft, noe som kan være en fordel i og med at atomreaktorer kan være en upopulær fremgangsmåte (2). 

Fakta om thorium

  • Atomnummer 90 (antallet protoner i kjernen) og kjemisk symbol Th.
  • Ulike isotoper av thorium, altså ulike sammensetninger av protoner og nøytroner av samme grunnstoff.
  • 232Th er den vanligste isotopen av naturlig forekomst.
  • Halveringstid på 14 milliarder år. Halveringstid er tiden det tar før den radioaktive strålingen er halvert, altså like gammelt som universet.
  • Thorium er metallisk og radioaktivt.
  • Først oppdaget i Norge i 1828 og oppkalt etter den norrøne guden Tor. 

Kilde: snl.no/thorium

Thorium-stafetten

 232Th er ikke et godt utgangspunkt for kreftmedisin, men det er her stafetten starter. Stafetten er en desintegrasjonskjede, som det heter på fagspråket. Det vil si at thorium henfaller til andre radioaktive atomkjerner og gir fra seg energi på veien. Det gjør den ved å sende ut radioaktiv stråling i form av α-, β- eller γ-stråling. Ved α- stråling sendes en α-partikkel ut fra kjernen, og den har kort rekkevidde. Den kan for eksempel ikke trenge gjennom hud. Ved β-stråling sendes det ut β-partikler, som har litt lenger rekkevidde og så vidt kan trenge inn i huden. γ-stråling har derimot stor gjennomtrengningsevne i vev, og stoppes best av for eksempel bly eller betong (3).

Stafetten fortsetter, og stafettpinnen gis videre til en ny nuklide helt til et stabilt grunnstoff er dannet. De nye grunnstoffene, kalt datternuklider, er også radioaktive. Noen har lengre etapper enn andre, og dette kan sammenlignes med nuklidens halveringstid. Sjarmøretappen i denne stafetten går til Radium-224 (224Ra), da det er denne nukliden som gir utgangspunktet for videre bruk som kreftmedisin. Hvorfor, kommer vi tilbake til senere. Etappene i stafetten ser du i Figur 2. 

 

Thoriumstafetten viser hvordan Thorium desintegrerer over tid.
Figur 2: Thoriumstafetten viser hvordan Thorium desintegrerer over tid. De gule feltene er alfa-emittere, de er blå er beta-emittere. Hvert trinn i stafetten har sin egen halveringstid. Illustrasjon  av Sindre Hassfjell Bruk bildet.

 

Thoriumbasert kreftmedisin

Det nystartede Scatec-selskapet Thor Medical utvikler i samarbeid med Institutt for Energiteknikk (IFE) en produksjonsprosess for α-emittere, som er hovedingrediens i nye kreftmedisiner. Dette prosjektet har som mål å utvikle en rimelig og miljøvennlig produksjonsteknologi for α-emitteren 224Ra, og de videre desintegrasjonsproduktene fra Bly-212 (212Pb) og Vismut-212 (212Bi). Disse radionuklidene har forskjellige egenskaper som gjør dem anvendelige for behandling av ulike krefttyper. De har alle det tilfelles at de dannes kontinuerlig i naturlig thorium, og produksjonsprosessen er derfor basert på å utvinne disse fra nettopp, naturlig thorium. 

Prosjektet, der IFE er den sentrale forskningspartneren, har støtte i Forskningsrådet. I prosjektgruppen er det flere industrielle aktører, blant annet REEtec og det norske legemiddelselskapet Oncoinvent.

Den forunderlige utnyttelsen av thorium 

Så var det denne gråsteinen da. Først og fremst må thorium utvinnes på en håndterbar måte fra knust stein. I dette tilfellet brukes det et pulver bestående av thoriumoksid som utgangspunkt i laboratoriet. Ved å benytte kjemiske prinsipper innenfor separasjon er det mulig å oppkonsentrere og skille ut ønskede datternuklider underveis i desintegrasjons-stafetten fra 232Th. Siden forskjellige grunnstoff har forskjellige kjemiske egenskaper, er det mulig å skille dem fra hverandre og sile ut de radioaktive datterkjernene etter hvert som de dannes. Ved å gjenta prosessen kan man altså oppkonsentrere løsninger bestående av den ønskede radioaktive nukliden som til slutt skal brukes til kreftbehandling, nemlig 224Ra. 

En av styrkene til denne prosessen er at 232Th, i kraft av sin lange halveringstid, vil fungere som en evigvarende generator for de aktuelle radionuklidene. Slik kan det opprettholdes en jevn og konstant produksjon av radionuklidene selv når atomreaktorne legges ned. Prosessen er miljøvennlig fordi det kun utnytter ut radioaktivitet som allerede finnes naturlig i thorium. Prosessen er en lukket syklus som vil gjenvinne all 232Th og tilnærmet alle kjemikaliene som benyttes. 

Sjarmøretappen – Bruk av α-emittere som kreftmedisin

224Ra er en  α-emitter, det vil si en nuklide som sender ut  α-stråling.  α-stråling har kort rekkevidde fordi den er stor og tung. Derfor kan de ødelegge nærliggende, spesifikke kreftceller, og minimalt med friskt vev rundt. Dette gir mulighet til stor grad av selektivitet og nøyaktighet (4), slik som illustrert i Figur 3. Det er viktig å finne α-partikler som har lang nok levetid til å skade kreftceller, men samtidig ha såpass kort levetid at de ikke ødelegger annet vev og andre celler enn kreftcellen. Ved å injisere en radionuklide med passe lang halveringstid, vil datternukliden med sin kortere halveringstid ha god nok tid til å effektivt ødelegge de nærliggende kreftcellene der den injiseres. Derfor er blant annet 224Ra et godt sluttprodukt. I kroppen vil 224Ra med halveringstid på 3,6 dager desintegreres til212Pb (Bly) og  212Bi (Vismut) (5).

Thoriumstafetten viser hvordan Thorium desintegrerer over tid.
Figur 3: Kreftmedisin i målsøkende molekyl skader kreftcellene mer enn friske celler fordi strålingen sendes ut av en alfa-emitter. Det vil si at strålingen har kort rekkevidde. Illustrasjon av Lise Midtøy Bruk bildet.

 

Dette er en kreftbehandling som fortsatt er under  utvikling. Det er vanskelig å finne radionuklider med rett halveringstid og å få fraktet isotopen til rett sted i kroppen uten å skade frisk vev på veien (4).

Thorium virker kanskje ikke som helten på denne ferden fra gråstein til kreftmedisin. Faktisk kan det ved første øyekast virke som thorium overhodet ikke er tilstede i kampen mot kreftcellene. Men i bakgrunnen står thorium støtt som en evigvarende generator av α-emittere. 

Teksten er skrevet av studenter i KJM3900 som en innlevering i populærvitenskapelig skriving

 

Referanser

1. Royal Society of Chemistry.International Year of the Periodic Table. IYPT 2019. [Internett] https://www.rsc.org/iypt/.

2. Folkehelseinstituttet.Folkehelseinstituttet. Menneskeproduserte radioaktive stoffer. [Internett] 24 februar 2016. www.fhi.no/ml/miljo/straling/mer-om-straling/menneskeproduserte-radioaktive-stoffer.

3. Aschehoug Undervisning.Lokus. Alfa, beta- og gammastråling. [Internett] https://www.lokus.no/open/naturfag5/Radioaktivitet/Noekkelstoff/Alfa-beta-og-gammastraaling.

4. Young-Seung Kim, Martin W. Brechbiel.An overview of targeted alpha therapy. Tumor Biology. s.l. : SAGE Publications, 2011, ss. 573-590.

5. J. Magill, G. Pfennif, J. Galy. Karlsruher Nuklidkarte. Chart of the Nuclides. Karlsruhe, Tyskland : European Commission, 2006.

6. Rose, Sunniva.Greia med Thorium. Titan.uio. 6. april 2018.

7. Linder, Jacob.Store norske leksikon. Desintegrasjon. [Internett] 20. februar 2018. https://snl.no/desintegrasjon.

8. Bjørnstad, Tor. Store norske leksikon. Thorium. [Internett] 17 desember 2018. www.snl.no/thorium.

9. U.S Atomic Energy Commission.The Radiochemistry of Thorium. Nuclear Science Series. 1982.

 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)