Астат: факти та фактики

Скільки астату на Землі? Фактично анітрохи. Астат не має стабільних ізотопів, а самий довгоживучий At210 має період напіврозпаду 8,3 години. Наступний ізотоп, який привертає увагу, At 211 - 7,2 години. Тому астат, що утворюється при радіоактивному розпаді, накопичитися не може, і його кількість у земній корі оцінюють з великим розкидом від сотень міліграмів до 30 грамів. Природно, що такий рідкісний елемент ніхто з природних джерел не витягує, весь астат, який є в розпорядженні людства, отриманий штучно, на прискорювачах частинок.

Які астат властивості? Строго кажучи, вони погано відомі. З хімічної точки зору астат може бути металом і галогеном. Зазвичай у реакціях він поводиться подібно до йоду. А ось фізики розрахували, що при тиску в одну атмосферу астат — метал, на відміну від інших галогенів не утворює двоатомних молекул і має надпровідність (Physical Review Letters).

Чи є у астата застосування? Так. По-перше, сам собою його синтез — торжество людського розуму, створив дивовижні машини для трансмутації елементів. А по-друге, із нього можна спробувати зробити протираковий препарат. Ідея така. At 211 розпадається з випромінюванням альфа-частинки і перетворюється з ймовірністю 48% в довгоживучий Bi 207 , який з періодом напіврозпаду 32,9 років стає стабільним Pb 207 . 520 мс, випустивши альфа-частинку, стає Pb 207 . Ці альфа-частинки проникають у тканину на глибину 50-80 мкм, тобто вражають лише кілька шарів клітин на відміну альтернативного бета-випромінювання.Доставивши альфа-випромінювач безпосередньо до пухлини, а краще прив'язавши його специфічним з'єднанням, її можна надійно випалити, причому енергія випромінювання зосереджується всередині ворога і не витрачається на непотрібне знищення здорової тканини. Серед інших придатних для медицини альфа-випромінювачів (а їх близько десятка) At 211 виділяється тим, що живе недовго, а найтоксичніший продукт його розпаду Po 211 ще менш довговічний. Полоній-211 хороший і тим, що при його утворенні випромінюється рентгенівське випромінювання і легко виявити, де знаходиться препарат.

Як одержують астат? Цей елемент відкрили при опроміненні вісмутової мішені альфа-частинками на циклотроні Каліфорнійського університету, і це було в 1940 році. Саме так його одержують досі. Тут є одна хитрість. Для того щоб синтезувати якнайбільше At 211, необхідно опромінювати вісмутову мішень пучком частинок з енергією, що відповідає максимальному перерізу ядерної реакції. Однак при цьому підвищуються шанси проходження паразитної ядерної реакції освіти At 210 . Відокремити його від At 211 неможливо, але при розпаді він дасть Po 210 з періодом напіврозпаду 138,4 дня. З урахуванням високої небезпеки полонія (згадаймо Олександра Литвиненка та Ясира Арафата) цього слід уникати, тим більше, що полоній, як метал, має зовсім інші хімічні властивості: він відокремиться від тієї молекули, до якої був прироблений астат і піде геть від пухлини у здорові тканини . Тому виготовлювачам астату доводиться жертвувати продуктивністю заради якості. Після опромінення астат випаровують з мішені протягом півгодини - довше немає сенсу, оскільки At 211 швидко розкладається і конденсують його в охолоджених капілярах.Головне завдання — якомога пізніше використовувати розчинник, оскільки через радіоліз той розкладається. З готовою речовиною треба бігти до хімічної лабораторії, синтезувати лікарський препарат та вводити його пацієнтові. Очевидно, що циклотрон повинен бути недалеко від клініки. Як, наприклад, в Університеті Дьюка в Північній Кароліні, судячи з публікацій, саме там під керівництвом Майкла Залуцького сьогодні ведуться основні роботи з використання астату в радіотерапії.

Які успіхи астатної радіотерапії? Скромні (див. "Current Radiopharmaceuticals"). Є незліченна кількість ідей щодо використання радіоактивного астату. Користуючись тим, що він, на відміну від переважної більшості інших радіоактивних елементів, неметал, галоген з хімічними властивостями, близькими до йоду, астат успішно прилаштовують до різних речовин. Це і низькомолеуклярні металоорганічні сполуки з оловом і бором. Це і пептиди, здатні проникати в клітину та зв'язуватися з ДНК. Це і моноклональні антитіла, що прилипають до стінки клітин пухлини, і навіть вірусні частинки. Інакше кажучи, доставити цю грізну зброю можна в будь-яку точку організму. Малий радіус впливу альфа-часток дозволяє сподіватися знищення маленьких пухлин, недоступних іншим радіопрепаратам, і навіть окремих клітин. На жаль, ці ідеї не надто швидко втілюються у життя. З деякими препаратами зробили більш-менш успішні досліди тварин. З людьми ж досі було проведено лише два клінічні випробування.

У 2009 році група дослідників зі Швеції, Данії та США на чолі з Рагнаром Хальтборном з Гетеборгського університету вводила препарат антитіл з астатом дев'яти жінкам для лікування після операції з видалення пухлини яєчників.Як позитивний результат було зазначено відсутність побічних ефектів (Journal of Nuclear Medicine - повний текст). А Майкл Залуцький із колегами обробляв препаратом із антитіл із астатом місця видалення пухлини мозку у 18 пацієнтів. Окрім відсутності побічних ефектів, це лікування збільшило середню тривалість життя пацієнтів з 20-30 тижнів до 50-116 залежно від виду пухлини, а двоє прожили по три роки після операції (Journal of Nuclear Medicine - повний текст). Тобто, мабуть, препарати астату справді можуть пригнічувати залишки пухлини, не помічені хірургом, проте над методикою треба працювати та працювати. Справа стримується також дорожнечею астату та його малою доступністю для широкого загалу вчених: доводиться організовувати клініку в безпосередній близькості від прискорювача, а, на думку Майкла Залуцького, у світі є лише одинадцять циклотронів, на яких можна виготовляти астат, придатний для медичних цілей. Звичайно, якби він був панацеєю, спеціальні «астатні» циклотрони були б побудовані, але поки його вважають лише одним із багатьох засобів.