Se espera para 2027 que la Comunidad Valenciana pueda poner en marcha un ciclotrón. El Gobierno de Canarias anunció el año pasado su intención de instalar un ciclotrón para prestar servicio en las islas. Ambos proyectos se sumarán a los ya consolidados en Barcelona, Santander, Pamplona, Badajoz, Santiago de Compostela o Murcia.
Pero ¿qué hacen exactamente estas máquinas? ¿Y por qué tanto interés en tener una, a pesar de la dificultad de su instalación y las particularidades de su manejo?
Un ciclotrón es un acelerador de partículas, que usa campos magnéticos para provocar el desplazamiento de las partículas a altas velocidades. El objetivo final es producir radioisótopos.
Los radioisótopos son la forma inestable de un elemento que emite radiación para transformarse en una forma más estable. La radiación puede rastrearse fácilmente por lo que resultan útiles en la medicina, la industria y la investigación. En el ámbito médico se usan para fabricar “radiofármacos”, con el que es posible diagnosticar y tratar cáncer y otras patologías.
Técnicas como la tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT), permiten detectar la actividad de los radioisótopos producidos en los ciclotrones.
Partícula-ridades del funcionamiento
En un ciclotrón se hace uso de un campo magnético uniforme y de un campo eléctrico que alterna. Para ello se instalan dos imanes que crearán el campo magnético, dos electrodos huecos de metal con forma de D enfrentados y colocados entre los polos del imán, que quedan encerradas dentro de una cámara de vacío. A los electrodos con forma de D se conecta una fuente de corriente alterna (de onda cuadrada) para crear el campo eléctrico.
Las partículas cargadas se inyectan en el centro, y, con cada pasada por el hueco entre las “D”, reciben un impulso eléctrico que las acelera. La fuerza magnética las obliga a describir una trayectoria circular cada vez más amplia, formando una espiral hasta alcanzar velocidades vertiginosas.
Cuando llegan al borde exterior, las partículas impactan sobre un ¨blanco¨ cuidadosamente elegido. La colisión de la partícula acelerada con los núcleos atómicos de la sustancia objetivo provoca una reacción nuclear (transmutación) y la creación de un elemento radiactivo (radioisótopo).
Sobre el lateral de la cámara se conectan el generador de iones, la bomba de vacío, que elimina todas las demás partículas de la cámara, el detector de iones, …y, si hay suerte, una ventana desde la que se puede observar el resplandor de las cargas en aceleración.
Partícula-ridades del edificio que lo aloja
Alojar un ciclotrón no es tarea de bricolaje. Se necesita un búnker, con paredes gruesas que actúan de escudo frente a la radiación. El espacio mínimo ronda los 4 x 4 metros, y el conjunto puede llegar a pesar entre 20 y 25 toneladas, así que mejor reforzar los cimientos.
Actualmente, los ciclotrones se transportan e instalan como un equipo compacto de gran peso que requiere grúas especiales para su movilización desde el camión de transporte hasta el recinto que lo aloja, así como equipos de montaje especialmente diseñados para el modelo a instalar.
Al momento de la instalación del ciclotrón, el bunker, también llamado sarcófago, debe contar con una apertura de más de dos metros en el techo, con el objetivo de introducir el equipo compacto, que luego es cerrada inmediatamente.
Además, deben construirse salas anexas: una sala de suministro de energía y una sala de control, a no más de 20 metros del bunker, y un laboratorio de radioquímica, tan cerca como sea posible del ciclotrón. Todos los pisos, techos y paredes deben tener un tratamiento para repeler partículas de polvo.
El edificio y toda el área de trabajo se diseñan para cumplir con todas las estrictas normas de seguridad y protección contra la radiación durante las fases de construcción, instalación, experimentación y operación.
El equipo de especialistas que asume las tareas de montaje y ajustes del ciclotrón, así como el personal que queda gestionando y operando la instalación en producción, requieren formación especializada y entrenamiento específico para manejo de radiaciones y operación del modelo instalado.
Partícula-ridades de su aplicación
Durante mucho tiempo, los ciclotrones se utilizaron principalmente para estudiar la física nuclear. Hoy su aplicación estrella está en el campo de la medicina, donde las partículas que generan los ciclotrones se utilizan para crear radiofármacos necesarios en técnicas de imagen médica o tratamiento de algunas patologías.
Un radiofármaco es la unión de una molécula biológica normal (glucosa, proteína, aminoácido, etc.) con una sustancia radioactiva generada por el ciclotrón. Estas sustancias se administran al paciente y se terminan alojando dentro del tejido con mayor afinidad por esa sustancia, permitiendo un diagnóstico más preciso de diversas enfermedades oncológicas, cardiológicas y neurológicas.
Los radioisótopos administrados son transportados al órgano o tejido afín y como tienen núcleos inestables emiten radiación cuando se desintegran hasta alcanzar una forma estable. Durante su vida media, la sustancia emite positrones, generando fotones que son detectados por el equipo. De esta forma, con el PET, se puede captar desde el exterior la radiación emitida por el radiofármaco acumulado y transformarla en imágenes de las que se obtiene información morfológica y funcional.
También existen aplicaciones para procedimientos diagnósticos sin imágenes, pruebas in vivo en las que se aprovecha el comportamiento del trazador radiactivo en un determinado compartimento biológico para poder detectarlo por la radiación que emite y cuantificarlo.
Además, los ciclotrones también pueden producir radioisótopos empleados en terapias dirigidas. Son tratamientos de ciertos tipos de cáncer por medio de la administración de la radiación directamente a las células tumorales. En estos casos se aprovecha la afinidad del radiofármaco por un órgano diana para localizar en él la suficiente radiactividad (emisión ) como para dar dosis terapéuticas de radiación, procurando que ésta sea reducida en otros órganos. Por ejemplo, serían indicaciones para tratamiento de patologías tiroideas o tratamiento paliativo del dolor metastásico.
Entre los radiofármacos generados de forma rutinaria podemos destacar algunos con características tales que condicionan su producción, la logística y el control de calidad:
^18F – Flúor-18 Vida media útil 110 min. Permite distribución regional. Se usa en fluorodeoxiglucosa para visualizar el metabolismo de la glucosa, detectando tumores (extensión, actividad metabólica, y respuesta al tratamiento) o focos inflamatorios.
^11C – Carbono-11 Vida media útil 20 min. Requiere producción in situ. Control de Calidad QC y administración en tiempos mínimos. Ideal para valorar función metabólica en el corazón y el cerebro.
^13N – Nitrógeno-13 Vida media útil 10 min. Requiere producción in situ. Usado en perfusión miocárdica; exige coordinación precisa de agenda.
^15O – Oxígeno-15 Es el más inestable, con vida media de 2 minutos. Se usa en investigación avanzada para evaluar perfusión tisular y función pulmonar y cerebral.
Particula-ridad en la logÍstica
Debido a su corta vida media, se dificulta el transporte desde centros de producción hasta destinos lejanos.
Además, el transporte de radiofármacos supone todo un desafío ya que deben tomarse las precauciones para evitar que, si se producen accidentes, queden los operarios, o la población, expuestos a la radiación por fallos en el blindaje de material o por dispersión de este.
Un ciclotrón instalado en o cerca de un hospital permite la producción local de estos radiofármacos, asegurando su disponibilidad inmediata para el diagnóstico y tratamiento del paciente. De allí el interés generalizado por contar con este tipo de instalaciones en entornos cercanos a los centros asistenciales.
Comprender cómo opera un ciclotrón, qué radionúclidos se obtienen y qué factores condicionan su calidad es fundamental para asegurar que cada dosis llegue a tiempo, cumpla especificaciones y su aplicación resulte efectiva, optimizando todo el proceso.
Bibliografía
- Organismo Internacional de Energía Atómica – www.iaea.org/es
- HyperPhysics – página web soporta por el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad del Estado de Georgia – hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Elaboración de un manual genérico para la instalación de un ciclotrón y salas técnicas anexas para la producción de radiofármacos – UPC Universitat Politècnica de Catalunya – https://upcommons.upc.edu
- Procesos reguladores de autorización e inspección de instalaciones de producción de radiofármacos con ciclotrón – IAEA-TECDOC-2069 – Organismo Internacional de Energía Atómica – www.iaea.org/es/recursos/normas-de-seguridad
- IAEA. Cyclotron Produced Radionuclides: Principles and Practice (TRS-465). Viena: IAEA; 2009. (PDF). IAEA Publications
- Radiofarmacia en pdf Autor: Dr. Jesús Luis Gómez Perales – ISBN: 978-84-694-4632-4 – Actualizado en abril de 2023
