针对165Ho(p,x)反应的新截面研究，重点在于生成一种新型的俄歇电子发射体——165Er

《Applied Surface Science Advances》：New cross sections for 165Ho( p,x) reactions focused on production of a perspective Auger electron emitter 165Er

基于Ho的质子诱导反应制备Er-165的交叉截面测量及临床可行性研究，采用165Ho靶进行质子能量覆盖至20 MeV的实验，重新测定了165Ho(p,n)165Er和165Ho(p,x)164m,g165Ho的激发函数，并与TALYS 1.96模型预测及先前实验数据对比，发现厚靶产率满足早期人体试验需求，该制备路线适合常规小型回旋加速器实施。

　　

Jaroslav ?ervenák|Kate?ina Ondrák Fialová|Luká? Ondrák|Ond?ej Lebeda

捷克科学院核物理研究所

摘要

铒-165是一种纯的奥格电子发射体，是进行靶向放射性核素治疗的理想候选物质。因此，对其产生途径的研究具有重要意义。目前仅有少数关于通过¹⁶⁵Ho(p,n)核反应产生铒-165的截面测量数据，且这些数据并不一致。

在本研究中，我们提供了新的¹⁶⁵Ho(p,n)¹⁶⁵Er反应以及¹⁶⁵Ho(p,x)^164m,gHo旁路反应的截面测量结果，涵盖了高达20 MeV的质子能量范围。所得数据与先前发表的数据以及核反应模型代码TALYS 1.96的预测结果进行了比较。从测量得到的截面数据可以推断，在临床可接受的量和高放射性核素纯度下实现¹⁶⁵Er的生产是可行的。所研究的这种生产途径特别适合在常见的小型回旋加速器上应用，值得进一步开发。

引言

铒-165（半衰期T_? = 10.36小时，电离能EC = 100%）是医学领域具有潜力的另一种稀土元素（REE）。它会发生电子捕获反应，随后会发射能量分别为5.33 keV和38.4 keV的奥格电子，同时还会释放能量在6.72至55.30 keV之间的低能X射线。这些衰变特性使得¹⁶⁵Er成为单光子发射计算机断层扫描（SPECT）的理想候选物，尤其是对于靶向放射性核素治疗（TRNT）而言。

铒-165并非首个被用于TRNT的稀土元素。实际上，最常用于TRNT的稀土元素是那些具有适当衰变特性和能够产生足够临床应用活性的元素，例如⁹⁰Y、¹⁵³Sm或¹⁷⁷Lu，它们会发射β粒子（Parus和Mikolajczak，2012；Civelek和Wong，2021；Song和Sgouros，2024）。然而，即使在奥格电子发射体中，¹⁶⁵Er也不是首个被研究的用于TRNT的稀土元素。¹⁶¹Tb最近也因其潜在的优越性能而被详细研究（Lehenberger等人，2011；Alcocer-ávila，2020）。

研究表明，发射β粒子的放射性核素在治疗大型实体肿瘤（如神经内分泌肿瘤或前列腺癌）方面非常有效，这得益于β粒子的射程和合适的线性能量传递（LET）（Strosberg等人，2017）。相比之下，奥格电子发射体可能适用于治疗小型或微转移性肿瘤，因为它们发射的电子具有短射程和高LET（Aghevlian等人，2017）。

有几种通过带电粒子诱导反应产生¹⁶⁵Er的途径。其中最有利的方式似乎是通过质子或氘核轰击钬靶直接生成¹⁶⁵Er，因为钬是一种天然的单同位素元素：

¹⁶⁵p,n¹⁶⁵¹⁶⁵d,2n¹⁶⁵

反应1似乎最具前景，因为达到最大产额所需的质子能量处于常见小型回旋加速器的能量范围内（E_p ≤ 18 MeV）。实验测得反应1的最大截面为166–180 mb，对应的质子能量为9.5–11.3 MeV（Gracheva等人，2020；Tárkányi等人，2008a；Beyer等人，2004）。反应2也进行了研究，其最大截面约为600 mb，对应的氘核能量为12.4–13.6 MeV（Tárkányi等人，2008b；Hermanne等人，2013）。基于核反应模型代码TALYS-1.2的预测显示，13 MeV时的最大截面为754 mb（Sadeghi，2010）。

另一种途径是通过短寿命的¹⁶⁵Tm（半衰期T_? = 1.25天，电离能EC = 100%）来激活两种稳定的铒同位素¹⁶⁴Er和¹⁶⁶Er：

¹⁶⁶p,2n^165165166d,3n¹⁶⁵¹⁶⁴d,n¹⁶⁵

反应3和反应4的最大截面分别为1260 mb和1525 mb，对应的能量分别为21 MeV和25 MeV。相比之下，反应5似乎不太适合用于生产¹⁶⁵Er，因为其激发函数的预测形状和最大值表明产额较低。不过，在^natEr靶受到氘核辐照时，该反应有助于¹⁶⁵Er的生成（Sadeghi，2010）。

因此，我们决定研究质子诱导反应在¹⁶⁵Ho上的激发函数，并将其与之前的测量结果以及TALYS 1.96的预测结果进行比较（Koning等人，2023）。同时测量了¹⁶⁵Ho(p,n)¹⁶⁵Er反应和¹⁶⁵Ho(p,x)^164m,gHo反应的截面。从测量数据中得出的厚靶产额表明了这种¹⁶⁵Er生产途径的可行性。

实验部分

靶材与辐照

一组包含12个钬靶材（纯度99.9%，厚度8.84–11.25 μm，GoodGellow公司制造）、12个钛监测器（纯度99.6%，厚度11.43 μm，AlfaAesar公司制造）、几个铜减速器（厚度55.9和/或10.6 μm，GoodFellow公司制造）以及一个银束止挡器的堆叠结构，在捷克科学院核物理研究所的U-120M回旋加速器外部质子束线上进行了辐照。辐照前对靶材进行了称重，计算出了其精确厚度及不确定性。

束流能量与电流

束流积分器记录的质子电流为0.932 μA。使用入射束流能量和电流重新测量的束流监测反应的激发函数结果如图1所示。测量得到的截面数据与推荐数据非常吻合（?ervenák和Lebeda，2020；Hermanne等人，2018）。

截面数据

本研究中测得的截面数据总结在表2中，并在图2、图3和图4中与先前发表的实验数据一同展示。

结论

本文提供了与¹⁶⁵Er、^164mHo和^164gHo产生相关的反应的激发函数的新测量数据。其中后两种反应的激发函数是首次被报道。

在讨论厚靶产额时，我们证明了¹⁶⁵Ho(p,n)¹⁶⁵Er反应适用于早期人体研究中所估计的¹⁶⁵Er生产规模（基于与¹⁶¹Tb标记的治疗药物相似的活性假设），并且具有高放射性核素纯度。

CRediT作者贡献声明

Kate?ina Ondrák Fialová：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据分析、概念化。Jaroslav ?ervenák：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、研究、数据分析、概念化。Ond?ej Lebeda：撰写——审稿与编辑、项目监督、方法学研究、资金申请、数据分析、概念化。Luká? Ondrák：撰写——审稿与编辑

未引用参考文献

Alcocer-ávila等人，2020；Beyer等人；Lebeda和Pruszyński；NuDat 3.0；Pritychenko和Sonzogni；Sadeghi等人，2010；Tárkányi等人；Tárkányi等人；Ziegler等人。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突。

致谢

作者感谢Ing. Jan ?tursa及其团队在U-120M回旋加速器上的辐照工作，感谢Dr. Jan Kameník在γ射线光谱测量方面的帮助，以及感谢Dr. J.W. Engle对手稿的仔细审阅。本研究在捷克科学院核物理研究所支持的CANAM基础设施（研究计划RVO61389005）以及EATRIS-CZ支持的LM2023053基础设施上进行。