Gallium-68-Generator
# Gallium-68-Generator

Ein Gallium-68-Generator, auch $^{68}Ge/^{68}Ga-Generator$ genannt, ist ein Radionuklidgenerator zur Erzeugung von radioaktiven $^{68}Ga^{3+}-Ionen$ aus dem ebenfalls radioaktiven $^{68}Ge.$ Das aus dem Generator extrahierte $^{68}Ga$ wird in der Nuklearmedizin zur Herstellung von Radiopharmaka für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) verwendet.

## Gallium-68

Das natürlich vorkommende Element Gallium besteht aus zwei nichtradioaktiven Isotopen: $^{69}Ga,$ das einen Anteil von 60,1 % im natürlichen Gallium hat, und $^{71}Ga,$ das die restlichen 39,9 % bildet. Alle anderen (also die nicht in der Natur vorkommenden Gallium-Isotope) sind radioaktiv. Das Isotop $^{68}Ga$ zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 67,629 Minuten zu 89 % unter Aussendung eines Positrons mit maximal 1,9 MeV und zu 11 % unter Elektroneneinfang; jeweils in das stabile Isotop $^{68}Zn.$ Das – in 89 % der Zerfallsfälle – abgegebene Positron hat in der nuklearmedizinischen Anwendung eine Reichweite von nur wenigen Millimetern, dann trifft es auf ein Elektron und beide Elementarteilchen zerstrahlen (annihilieren) dabei vollständig zu zwei Photonen mit je 511 keV (Gammastrahlung). Die beiden Photonen werden dabei in einem Winkel von nahezu 180° voneinander vom Ort der Vernichtung abgestrahlt. Die abgestrahlten Photonen lassen sich mit entsprechenden Detektoren nachweisen und durch Rekonstruktion mehrerer Detektionsereignisse lässt sich der Ort der Annihilation recht genau bestimmen. Siehe dazu im Hauptartikel: Positronen-Emissions-Tomographie

$^{68}Ga$ ist mit seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften für nuklearmedizinische Untersuchungen ausgezeichnet geeignet. Die kurze Halbwertszeit passt sehr gut zur Pharmakokinetik vieler Peptide, an die es in der Diagnostik meist mit dem starken Chelator DOTA gebunden ist. Die Komplexierung der Gallium-Ionen mit DOTA ist relativ einfach und schnell. Andererseits macht die kurze Halbwertszeit von 68 Minuten einen Versand oder gar eine Vorratshaltung dieses Isotopes nahezu unmöglich. Dieses Dilemma wird jedoch mit dem $^{68}Ge/^{68}Ga-Generator$ gelöst.

## Prinzip des Gallium-68-Generators

Im $^{68}Ge/^{68}Ga-Generator$ wird das benötigte Radionuklid $^{68}Ga$ aus dem ebenfalls radioaktiven $^{68}Ge$ erzeugt. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 270,8 Tagen und zerfällt unter Elektroneneinfang in das kurzlebigere $^{68}Ga.$ Im Generator befindet sich das Germanium an eine unlösliche Matrix eines inerten Trägers (meist Titan(IV)-oxid) gebunden. Im Generator selbst wird durch den kontinuierlichen Zerfall des Germaniums ständig $^{68}Ga$ gebildet, das sich aber durch den deutlich schnelleren eigenen Zerfall nicht in größeren Mengen anreichern kann. Es bildet sich daher im Generator eine weitgehend konstante Konzentration an erzeugtem (generiertem) $^{68}Ga$ $(^{68}Ge/^{68}Ga-Gleichgewicht).$ Diese Menge an $^{68}Ga$ nimmt durch zwei Ereignisse ab:

* durch das Eluieren („Melken“) des Generators mit Hilfe eines Lösungsmittels, in dem nur $^{68}Ga$ löslich ist, nicht jedoch $^{68}Ge$ (z. B. Salzsäure)
* die langsame Abnahme des $^{68}Ge-Gehaltes,$ bedingt durch dessen eigenen Zerfall.

Im ersten Fall baut sich nach jeder Elution das radioaktive Gleichgewicht zwischen $^{68}Ge/^{68}Ga$ wieder neu auf. Nach einer Halbwertszeit, das heißt 68 Minuten, ist bereits wieder die Hälfte der ursprünglichen Konzentration erreicht. Üblicherweise genügt eine Wartezeit von vier bis fünf Stunden bis zur nächsten Entnahme. Der langsame Zerfall an $^{68}Ge$ bewirkt, dass die im Generator jeweils gebildete Menge an $^{68}Ga$ kontinuierlich abnimmt, nach 270,8 Tagen genau um die Hälfte. Die in der Praxis genutzte Standzeit eines $^{68}Ge/^{68}Ga-Generators$ beträgt etwa ein Jahr.

## Anwendung

Das im $^{68}Ge/^{68}Ga-Generator$ erzeugte $^{68}Ga$ wird für eine Reihe diagnostischer Untersuchungen mittels Positronen-Emissions-Tomografie verwendet. Die meisten dieser Verfahren befinden sich allerdings noch in der klinischen Erprobung. Am gebräuchlichsten ist die Belegung von Edotreotide (DOTATOC) mit $^{68}Ga$ zu $^{68}Ga-DOTATOC.$

## Herstellung

Das in $^{68}Ga-Generatoren$ verwendete $^{68}Ge$ wird durch Bestrahlung des stabilen Isotops $^{69}Ga$ mit beschleunigten Protonen (p,2n) hergestellt.

    $\mathrm {_{31}^{69}Ga\ +\_{1}^{1}p\longrightarrow_{32}^{68}Ge\ +\ 2\_{0}^{1}n}$

Ein Teil der Generatoren wird in Obninsk (Russland) produziert.

## Perspektive

Allgemein wird dem $^{68}Ge/^{68}Ga-Generator$ ein hohes zukünftiges Potenzial in der klinischen Anwendung prophezeit. Bisher ist die Anwendung allerdings noch auf größere nuklearmedizinische Zentren beschränkt. Der große Vorteil gegenüber den anderen in der PET üblichen Isotopen, wie beispielsweise $^{18}F,$ ist, dass auf aufwändige und teure Zyklotrone in unmittelbarer Nähe verzichtet werden kann.

