Yttrium 90 là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Tóm tắt

Yttrium-90 là đồng vị phóng xạ beta-emitters với chu kỳ bán rã khoảng 64,1 giờ, phát xạ năng lượng cao (β⁻) đồng nhất, thường được ứng dụng trong y học hạt nhân như xạ trị chọn lọc (SIRT) và liệu pháp gắn kết phóng xạ (RIT).

Đại lượng này cho phép truyền năng lượng tới mô mục tiêu sâu tinh vi, tiêu diệt tế bào ác tính với liều ngoài mô lành rất thấp; quy trình sản xuất, vận chuyển và quản lý chất thải phải tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế để đảm bảo an toàn bức xạ.

Định nghĩa và tính chất cơ bản

Yttrium-90 (⁹⁰Y) là đồng vị không bền của nguyên tố Yttrium, có 39 proton và 51 neutron, khối lượng nguyên tử 89,9047 u. Đồng vị này phân rã bằng cách phát xạ electron (β⁻) thành Zirconium-90 ổn định.

Đặc tính vật lý chính:

• Chu kỳ bán rã (T_1/2): 64,1 giờ
• Năng lượng beta trung bình: ~0,933 MeV
• Năng lượng beta cực đại: 2,28 MeV
• Không phát gamma đáng kể, giảm liều ngoài mô

Tham khảo dữ liệu phóng xạ NIST: NIST Nuclear Decay Data.

Chu kỳ bán rã và phương trình phân rã

Chu kỳ bán rã T_1/2 của Y-90 biểu diễn bằng hằng số phân rã λ qua công thức:

$N(t) = N_0 \, e^{-\lambda t}, \quad \lambda = \frac{\ln 2}{T_{1/2}}$

với N₀ là số hạt ban đầu, N(t) là số hạt còn lại sau thời gian t, λ ≈ 0,01082 h⁻¹. Độ ổn định của chu kỳ bán rã giúp thiết kế liều điều trị chính xác và tính toán thời gian hiệu dụng trong cơ thể.

Thông số	Giá trị	Ghi chú
Chu kỳ bán rã	64,1 giờ	Giảm 50% hoạt độ sau mỗi 64,1 giờ
Hằng số phân rã λ	0,01082 h⁻¹	λ = ln2 / T₁/₂
Hoạt độ ban đầu	1 GBq	Giảm còn ~0,5 GBq sau 64,1 giờ

Tính toán hoạt độ còn lại và liều hấp thụ dựa trên tích phân quá trình phân rã, giúp chuẩn hóa thời gian và liều lượng cho từng bệnh nhân.

Cơ chế phân rã beta

Y-90 phân rã β⁻ qua phản ứng:

• $^{90}\mathrm{Y} \to ^{90}\mathrm{Zr} + e^- + \bar{\nu}_e$

Electron (β⁻) phát ra mang năng lượng từ 0 đến 2,28 MeV dội vào tế bào, gây ion hóa và đứt gãy ADN, dẫn đến apoptosis hoặc necrosis ở mô mục tiêu.

Đặc điểm phân rã beta của Y-90:

1. Phát xạ electron không kèm photon năng lượng cao → ít bức xạ tản ra.
2. Phạm vi tác động trong mô: 2–5 mm, đủ sâu để tiêu diệt khối u nhưng hạn chế ảnh hưởng mô lành.
3. Năng lượng cao giúp phá vỡ liên kết hóa học và chuỗi ADN hiệu quả.

Không có phát xạ gamma mạnh làm giảm nguy cơ bức xạ ngoài mô; tuy nhiên, phải sử dụng các biện pháp che chắn và theo dõi liều xạ theo US NRC 10 CFR Part 20 để đảm bảo an toàn cho nhân viên y tế và môi trường.

Phương pháp sản xuất

Yttrium-90 thường được sinh ra từ sự phân rã của Strontium-90 trong lò phản ứng hạt nhân. Đồng vị mẹ Strontium-90 có chu kỳ bán rã dài (~28,8 năm) và được tách thu từ nhiên liệu đã qua sử dụng hoặc nguồn phóng xạ công nghiệp.

Quy trình tách chiết Y-90 gồm các bước cơ bản:

• Hòa tan nguồn Sr-90 trong dung dịch acid nhẹ.
• Trao đổi ion trên cột chứa nhựa trao đổi chuyên biệt, giữ lại Y-90 và loại bỏ Sr-90.
• Rửa giải Y-90 bằng dung dịch thích hợp để thu lấy dung dịch Y-90 tinh khiết.

Quy trình này cần thực hiện trong khuôn viên phòng thí nghiệm bức xạ được che chắn và điều khiển chặt chẽ, tuân thủ tiêu chuẩn IAEA về sản xuất dược phẩm phóng xạ.

Ứng dụng trong y học hạt nhân

Y-90 được ứng dụng chủ yếu trong xạ trị chọn lọc (Selective Internal Radiation Therapy – SIRT) cho ung thư gan và trong liệu pháp gắn kết phóng xạ (Radioimmunotherapy – RIT) cho các bệnh ác tính huyết học.

Trong SIRT, các vi cầu (microspheres) chứa Y-90 có kích thước 20–30 µm được bơm trực tiếp vào động mạch nuôi khối u gan. Vi cầu tắc trong mạch máu nhỏ của khối u, phát xạ beta tại chỗ để tiêu diệt tế bào ung thư mà không ảnh hưởng đáng kể đến mô lành xung quanh.

• Hiệu quả điều trị: giảm thể tích khối u, kéo dài thời gian sống thêm trung bình 8–12 tháng.
• Tỷ lệ biến chứng: thấp, chủ yếu đau bụng và nóng gan thoáng qua.
• Tham khảo lâm sàng: FDA SIR-Spheres® Thông tin sản phẩm.

Trong RIT, kháng thể đơn dòng gắn Y-90 nhắm đích vào kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt tế bào ác tính, ví dụ trong điều trị lymphoma, giúp mang phóng xạ trực tiếp vào tế bào mục tiêu và giảm độc tính toàn thân.

Dược động học và phân bố trong cơ thể

Sau khi bơm vi cầu Y-90 vào động mạch hoặc tiêm tĩnh mạch phóng xạ liên kết kháng thể, phân bố đồng vị tùy thuộc vào kích thước hạt, tính chất bề mặt và dòng chảy máu.

Thông thường, tỉ lệ tập trung tại mô mục tiêu đạt 80–95%, phần còn lại phân bố ở gan lành, lách và thận. Bán thải sinh học (biological half-life) của vi cầu là vĩnh viễn trong các mạch bị tắc, trong khi phóng xạ giảm theo chu kỳ bán rã vật lý của Y-90.

Cơ quan	Tỉ lệ phân bố	Bán thải sinh học
Gan khối u	80–95%	Vĩnh viễn
Gan lành	3–10%	Vĩnh viễn
Lách	1–3%	Vĩnh viễn
Thận (dạng kết hợp kháng thể)	2–5%	3–5 ngày

Thải trừ qua đường mật (vi cầu) hoặc qua nước tiểu (kháng thể gắn Y-90 gốc nhỏ), cần theo dõi chức năng gan, thận và xét nghiệm định kỳ để đánh giá liều chìm tích lũy.

An toàn bức xạ và liều xạ

Liều hấp thụ (absorbed dose) tại mô mục tiêu dao động trong khoảng 100–120 Gy, đủ cao để gây chết tế bào ác tính. Liều ngoài mô lành thường <10 Gy, đảm bảo an toàn chức năng cơ quan.

Nhân viên y tế cần tuân thủ quy chuẩn bảo hộ bức xạ:

1. Đeo thiết bị đo liều cá nhân (dosimeter).
2. Sử dụng đồ bảo hộ chì, găng tay và kính chắn.
3. Khoảng cách an toàn tối thiểu và thời gian tiếp xúc được tính toán theo hướng dẫn US NRC 10 CFR Part 20.

Thêm vào đó, đối với bệnh nhân, các biện pháp như hạn chế tiếp xúc gần người khác trong 48–72 giờ sau điều trị giúp giảm rủi ro bức xạ cho cộng đồng.

Kỹ thuật vận chuyển và lưu trữ

Y-90 dưới dạng dung dịch hoặc vi cầu phải vận chuyển trong hộp chì cường độ cao đáp ứng tiêu chuẩn IAEA Type A hoặc Type B, đảm bảo che chắn các tia beta và ngăn rò rỉ phóng xạ.

• Hộp vận chuyển: vỏ chì dày ≥5 mm, hệ thống khóa kín.
• Giấy phép vận chuyển: NRC hoặc cơ quan quản lý bức xạ địa phương cấp.
• Lưu trữ: phòng chì chuyên dụng, có tường chì hoặc bê tông dày, hệ thống thông gió.

Hoạt độ tồn chứa cần ghi nhãn rõ, kiểm tra định kỳ rò rỉ và tuân thủ IAEA Safety Standards.

Xử lý chất thải phóng xạ

Chất thải từ quy trình điều chế và sử dụng Y-90 bao gồm dung dịch thải, vật liệu nhiễm bẩn và kim tiêm. Phải lưu giữ trong bình chứa kín ít nhất 10 chu kỳ bán rã (≈26 ngày) để hoạt độ giảm xuống mức an toàn.

Quy trình xử lý:

1. Thu gom chất thải trong thùng chứa chì có nhãn, cách ly theo mức hoạt độ.
2. Lưu trữ trong kho chờ cho đến khi hoạt độ <0,01 MBq/mL.
3. Rà soát bằng thiết bị đo bức xạ trước khi chuyển giao hoặc thải bỏ theo quy định môi trường.

Hướng dẫn chi tiết tại US EPA Radiological Waste Management và IAEA Radioactive Waste.

Nghiên cứu và triển vọng

Những hướng phát triển nâng cao hiệu quả và mở rộng ứng dụng của Y-90 gồm:

• Vi cầu đa chức năng kết hợp hóa trị hoặc tái tạo mô (theranostic microspheres).
• Peptide gắn đồng vị cho điều trị đích (Peptide Receptor Radionuclide Therapy – PRRT) trong u thần kinh nội tiết.
• Hạt nano gắn Y-90 cải tiến để tăng tỷ lệ gắn và kiểm soát giải phóng phóng xạ.

Các thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng giai đoạn I–II đang đánh giá hiệu quả điều trị ung thư xương, phổi và ung thư tuyến tụy. Công nghệ kết hợp hình ảnh SPECT/CT hoặc PET/CT với đồng vị positron (⁸⁹Zr) hỗ trợ theo dõi phân bố Y-90 theo thời gian thực.

Triển vọng ứng dụng trong y sinh học tái tạo mô và tạo nền chẩn đoán – điều trị đồng thời (theranostics) hứa hẹn mở rộng lợi ích điều trị và giảm tối đa tác dụng phụ cho bệnh nhân.