DE19953636A1 - Radioaktive Materialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft radioaktive Materialien. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfach herstellbare neutronenaktivierbare Materialien zu finden, die für die verschiedensten Anwendungen einsetzbar und entsprechend anpaßbar sind. DOLLAR A Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß mindestens eine inerte Verbindung der Seltenen Erden, die homogen oder inhomogen in einem Matrixmaterial verteilt ist, durch Neutronenbehandlung aktiviert wurde.

Description

Die Erfindung betrifft radioaktive Materialien.

Der dosierte Einsatz radioaktiver Strahlung hat sich auf vielen Gebieten der Medizin und der Biologie bewährt. Ziel der Anwen­ dung von Radioaktivität ist es, hemmenden Einfluß auf das Wachs­ tum von eukaryotischen und prokaryotischen Zellen zu nehmen. So findet Radioaktivität eine breite Anwendung im Bereich der Ste­ rilisation von medizinischen Instumenten und Injektionslösungen (Wallhäuser, 1995). Hierbei wird aufgrund der größeren Reichwei­ te vornehmlich γ-Strahlung verwendet; als Strahlenquelle hat sich insbesondere ⁶⁰Co durchgesetzt.

Ein großes Anwendungsgebiet radioaktiver Strahlung bildet der Einsatz bei onkologischen Patienten. Zur Therapie von oberfläch­ lich liegenden Tumoren im Hautbereich kommt zum Beispiel der Röntgenweichstrahlung (Jung, 1991), bei tiefer im Körper liegen­ den Tumoren im z. B. gynäkologischen Bereich unter anderem ⁶⁰Co oder Neutronenstrahlung (Gross, 1989) zum Einsatz.

Ein wesentliches Problem bei der Applikation von Radioaktivität zur Hemmung von Zellwachstum und zur Herbeiführung des Zelltodes liegt in der Schwierigkeit, die radioaktive Strahlung auf den gewünschten Zielbezirk zu konzentrieren und Schädigungen des um­ liegenden gesunden Gewebes zu vermeiden. Sowohl beim Einsatz ex­ terner Strahlungsquellen wie auch bei Afterloadingverfahren un­ ter Einsatz von γ-Strahlen, die derzeit die meist verwendeten Verfahren darstellen, ist die applizierbare Dosis durch Strah­ lenschädigung des umgebenden Gewebes stark limitiert.

Neben dem Einsatz bei malignen Tumoren können radioaktive Strah­ len auch das Wachstum von primär gutartigen Zellen regulieren und werden z. B. bei Behandlung von Hämangiomen, von Narben­ keloiden nach Operationen sowie zur Verhinderung von heterotopen Ossifikationen nach Hüftoperationen eingesetzt (Ayers, 1986; Bo­ rok, 1988).

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Pro­ blem zugrunde, einfach herstellbare und gut handhabbare neutro­ nenaktivierbare Materialien zu finden, die für die verschieden­ sten Anwendungen einsetzbar und entsprechend anpaßbar sind.

Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen angegebe­ nen Merkmale durch neue mittels Neutronen radioaktivierbare Ma­ terialien gelöst, die mindestens eine inerte Verbindung der Sel­ tenen Erden fein verteilt in einem Matrixmaterial enthalten.

Der Einsatz von Radioaktivität gebunden an ein geeignetes Ma­ trixmaterial ermöglicht es, die Radioaktivität vor Ort zu dosie­ ren und speziell bei ihrer Anwendung in der Medizin Kollateral­ schäden zu vermeiden.

Die Verwendung einer inerten Verbindung der Seltenen Erden ge­ währleistet, daß es bei Kontakt mit Körperflüssigkeiten oder -geweben zu keinen unerwünschten Reaktionen kommt, die eine Ver­ änderung des Materials oder eine chemische Schädigung des Kör­ pers oder der zu bestrahlenden Gegenstände hervorrufen. Partikel unterschiedlicher Größe einer solchen Substanz sind einfach zu verarbeiten und mit unterschiedlichen Matrixmaterialien (u. a. Polyethylen, Polyamid, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Po­ lyvinylidenfluorid und Silikon) mischbar.

Das Matrixmaterial soll dazu dienen, eine solche inerte Verbin­ dung einer Seltenen Erde homogen oder inhomogen aufzunehmen und in einer geeigneten äußeren Form zu umschließen. Je nach Anwen­ dung soll die inerte Verbindung der Seltenen Erden durch das Ma­ trixmaterial am Verlassen des Endproduktes gehindert oder in ei­ ner dosierten Form abgegeben werden. Das Endprodukt, das ganz oder teilweise aus einer Mischung des Matrixmaterials mit der inerten Verbindung der Seltenen Erden hergestellt wird, wird an­ schließend durch eine Neutronenbehandlung radioaktiviert, bei der durch Neutroneneinfang der Kern des verwendeten Isotopes in einen instabilen Zustand versetzt wird und das neu entstandene Isotop aus diesem instabilen Zustand mit einer charakteristi­ schen Halbwertszeit unter Abgabe von β-Strahlung und/oder γ- Strahlung und/oder α-Strahlung in ein stabiles Isotop zerfällt. Aufgrund ihres hohen Kerndurchmessers eignen sich Seltene Erden besonders, zusätzliche Neutronen aufzunehmen.

Die so hergestellten Endprodukte oder Bauteile können, da sie unter anderem körperverträglich sind, eine Funktion innerhalb des Körpers z. B. als Implantate oder auch außerhalb des Körpers als Teile von medizinischen oder nicht medizinischen Geräten übernehmen. Die durch die Radioaktivierung vom Endprodukt ausge­ hende radioaktive Strahlung kann das Zellwachstum, insbesondere von Tumorzellen, hemmen und bei höherer Intensität der radioak­ tiven Strahlung auch prokaryotische Mikroorganismen innerhalb oder außerhalb zum Absterben bringen.

Eine solche inerte Verbindung der Seltenen Erden ist Thuliu­ moxid. Thuliumoxid ist wasserunlöslich und gut körperverträg­ lich. Partikel unterschiedlicher Größe dieser Substanz sind ein­ fach zu verarbeiten und mit unterschiedlichen Matrixmaterialien mischbar.

Durch die Radioaktivierung, d. h. durch Neutroneneinfang am Re­ aktor entsteht aus dem natürlich vorkommenden Isotop ¹⁶⁹Tm des Thuliumoxids das radioaktive Isotop ¹⁷⁰Tm. Dieses Isotop zerfällt mit einer Halbwertszeit von ca. 4 Monaten (128,6 Tagen) unter Aussendung von β-Strahlen zu ¹⁷⁰Yb (Ytterbium). Die ausgesandten β-Strahlen haben im Gewebe eine Reichweite von wenigen Millime­ tern.

Zusätzlich zu der β-Strahlung wird eine relativ weiche γ-Strah­ lung (Bremsstrahlung, 84 keV) emittiert, die in ihren Eigen­ schaften der Röntgenstrahlung ähnelt. Diese γ-Strahlung hat im Gewebe eine größere Reichweite.

Vorteil von Thulium ist, daß es in der Natur nur in Form eines stabilen Isotops vorkommt und damit durch die Radioaktivierung nicht eine unübersichtliche Zahl von Isotopen entsteht. Ferner handelt es sich bei ¹⁷⁰Yb, seinem Zerfallsprodukt, ebenfalls um ein stabiles Isotop, so daß kein weiterer Kernzerfall auftritt. Weiterhin zerfällt ¹⁷⁰Tm überwiegend (< 97,5%) unter Abgabe einer β-Strahlung, die aufgrund ihrer Reichweite für zahlreiche Anwen­ dungen geeignet ist. Der geringe Anteil von γ-Strahlung ist hin­ sichtlich der von ihr ausgehende Gefahr für gesundes Gewebe, das den zu bestrahlenden Tumor bzw. das zu bestrahlende Zielgebiet umgibt, wegen der geringen Intensität der γ-Strahlung aus strah­ lenmedizinischer Sicht zu vernachlässigen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die hergestellten Bau­ teile und Endprodukte nach Abklingen der Radioaktivität z. B. nach Überschreiten der Lagerzeit erneut auf dieselbe Art radio­ aktiviert und wieder verwendet werden können, um möglicherweise teure Herstellungskosten zu sparen. Desgleichen ist ein Recy­ cling der verwendeten Materialien möglich, um damit andere oder gleiche Produkte nach Umschmelzen und Radioaktivierung herzu­ stellen.

Der Anteil der Verbindungen Seltener Erden, die dem Matrixmate­ rial zugesetzt werden, beträgt 0,1 bis 25%. Bei Zusatz von mehr als 25% der seltenen Erden würden zum einen die Materialkosten steigen und zum anderen die mechanischen Eigenschaften des Ma­ trixmaterials sich ungünstig verändern, zum Beispiel durch er­ höhte Brüchigkeit. Bei einem niedrigeren Anteil als 0,1% würden sich die notwendigen Bestrahlungszeiten im Neutronenfluß zu stark verlängern. Durch zu lange Bestrahlungszeiten wird aber die Bestrahlung zu teuer und könnten mechanische Schäden am Ma­ trixmaterial auftreten. Ein Thuliumanteil von 4 bis 6 Gewichts-% bezogen auf das Matrixmaterial ist aus diesen Gründen günstig.

Als Matrixmaterial eigenen sich die unterschiedlichsten Materia­ lien, wie z. B. Kunststoffe, auch mit Verstärkung durch Faser­ werkstoffe, Glas, Polymere, Keramik, Metalle und ihre Legierun­ gen, Teflon, Glasfasern, Kohlefasern, Zahn- und Knochenzement, Silikonverbindungen sowie organische und bioorganische Verbin­ dungen. Voraussetzung für das Matrixmaterial ist nur, daß es sich mit der inerten Verbindung der Seltenen Erde (als stabiles oder instabiles Isotop) mischen läßt, dabei die geforderten me­ chanischen Eigenschaften behält und die nötige chemische Stabi­ lität insbesondere gegenüber Körperflüssigkeiten aufweist. Durch die Vielzahl der möglichen Matrixmaterialien ist es in den mei­ sten Fällen möglich, auf die bereits für die jeweilige Anwen­ dung, insbesondere medizinische, verwendeten und in ihren Eigen­ schaften bekannten Materialien zurückzugreifen und diese nur mit einer geeigneten Menge der inerten Verbindung von Seltenen Erden zu vermischen und anschließend zu radioaktivieren. Zum Beispiel können aus Thuliumoxid mit kohlefaserhaltigen Kunststoffen ge­ mischt Herzklappen hergestellt werden oder Stents und Katheter aus Thuliumoxid mit Polyethylen.

Den neutronenaktivierbaren radioaktiven Materialien können Rönt­ genkontrastmittel zugesetzt werden, falls ein Einsatz vorgesehen ist, bei dem die Lage des Implantates mittels Röntgendurchleuch­ tung bestimmt bzw. korrigiert werden soll. Als Kontrastmittel eignen sich z. B. Bariumsulfat, Quecksilbersulfid oder Bismut­ subcarbonat. Bezogen auf das Matrixmaterial erscheint ein Ge­ wichtsanteil des Kontrastmittels von 10-40% günstig. Bei Ver­ wendung von Teflon ist zur Sichtbarmachung im MRT kein zusätzli­ ches Kontrastmittel erforderlich.

Das neutronenaktivierbare Material, bestehend aus Matrix und der inerten Verbindung von Seltenen Erden kann vor oder nach der Ak­ tivierung mit weiteren radioaktivierbaren, radioaktiven oder nicht radioaktiven Materialien oder Bauteilen kombiniert werden. Je nach beabsichtigtem Effekt können dafür verschiedene radioak­ tive oder radioaktivierbare Substanzen mit unterschiedlicher Halbwertszeit, Strahlungsart und -energie eingesetzt werden.

Beispielsweise wäre die Kombination mit weiteren inerten Verbin­ dungen der Seltenen Erden mit geringer Halbwertszeit sinnvoll, um eine hohe Initialdosis setzen zu können. Weiterhin ist es möglich, durch verschiedene Verfahren zusätzlich Radioaktivität in den Werkstoff einzubringen, z. B. durch Implantation von ³²P in die Oberfläche.

Die neutronenaktivierten, radioaktiven Materialien sind als the­ rapeutisches Mittel bei Mensch und Tier einsetzbar.

Sie eignen sich als Medizinprodukte wie Implantate, z. B. für chirurgisch tätige Disziplinen, Endoprothesen, Katheter, Stents, zur gezielten Embolisation von malignen Raumforderungen, zur äu­ ßerlichen Anwendung auf der Haut, als Bestandteile von künstli­ chen Herzklappen oder als Plomben im Bereich der Augenheilkunde.

Stents oder Katheter aus radioaktiven Materialien eignen sich zur Anwendung im arteriellen, venösen, peritonealen, peridualen, cerebralen (Ventrikeldrainage) Bereich.

Je nach Problemstellung kann es günstig sein, nur einen Teil ei­ nes Schlauchstückes aus Kunststoff mit Thuliumoxid als radioak­ tivierbarer Komponente zu fertigen und diesen mit einem Thulium­ freien Schlauch zu verschweißen.

Zur Materialeinsparung und/oder zur Verminderung der γ-Strah­ lenkomponente kann das Material auf einen inerten Träger aufge­ bracht werden, wie z. B. auf Kunststoffe, Metalle oder Metall­ gitter.

Von Vorteil ist, daß eine medizinisch zugelassene Sterilisation und die sterile Verpackung der Medizinprodukte vor der Aktivie­ rung durch Neutronen erfolgen kann. Dadurch werden Handhabungs- bzw. Produktionschritte mit schon radioaktiven Materialien ver­ mieden.

Die Höhe der später emittierten Radioaktivität kann nicht nur durch den Gehalt der inerten Verbindung der Seltenen Erde regu­ liert und voraus berechnet werden, sondern dies ist auch durch Veränderung der Dauer und Intensität der Neutronenstrahlung mög­ lich. So steigt die erzielte Radioaktivität - in dem für techni­ sche und medizinische Anwendungen relevanten Bereich - propor­ tional zur Bestrahlungszeit an. Dies geht am Beispiel von Thuli­ umoxid auch aus der folgenden Näherungsformel zur Berechnung der resultierenden Radioaktivität pro cm Probenlänge hervor: A = n σ ϕ ln2 t / T _1/2, wobei n = Anzahl der Tm-Atome/cm, σ = 105 barn = 105 × 10^-24 cm², T_1/2 = Halbwertszeit = 128,6d, ϕ = 1,85 × 10¹² N/cm³, t = Bestrahlungszeit.

Für die medizinische und technische Anwendung sind mehrere Akti­ vitätsbereiche von Interesse, auf die die Radioaktivität einge­ stellt werden soll. Ein Ziel ist es, die Radioaktivität so zu dosieren, daß das Wachstum von eukaryotischen Zellen verhindert wird.

Um das Zellwachstum z. B. von Tumorzellen oder Fibroblasten im Abstand von 2-3 mm zu einem radioaktiver Thuliumoxid-haltigen Kunststoffröhrchen mit einem Durchmesser von etwa 3 mm in vitro zu verhindern, sind je nach der Strahlensensibilität der Zellart ungefähr 6-35 µCi/cm Schlauchlänge erforderlich. Um ruhende eu­ karyotische Zellen im selben Versuchsaufbau abzutöten, sind hö­ here Strahlungsdosen erforderlich. Diese betragen je nach Strah­ lensensibilität der Zelle ungefähr 12-80 µCi/cm² Materialober­ fläche.

Weiterhin kann es Ziel sein, auch prokaryotische Zellen, wie Bakterien und Pilze, abzutöten bzw. ein weiteres Wachstum zu verhindern. Dies ist für einzelne Anwendungen im menschlichen Körper von Bedeutung, z. B. um eine Besiedelung der Implantato­ berfläche mit prokaryotischen Organismen zu verhindern und deren Folgen, wie septische Embolien, Abszessbildung und Fokusentste­ hung für weitere Infektionen zu vermeiden, zumal Implantatinfek­ tionen bisher schwer behandelbar sind. Hierfür ist eine Neutro­ nenbestrahlung, bis zu einer Radioaktivität von 500 µCi/cm² Mate­ rialoberfläche günstig. Auch die Kombination dieser Materialien mit anderen Verfahren wie einer Silberbeschichtung oder einer antibiotischen Therapie ist möglich.

Dabei ist zu beachten, daß durch den exponentiellen Abfall der applizierten Dosis ein Effekt auf prokaryotische Zellen insbe­ sondere auf der Implantatoberfläche erzielt wird und die Wirkung auf nicht direkt anliegende eukaryotische Zellen deutlich gerin­ ger ist.

Auch für die Verhinderung von Keimansiedlungen auf Teilen von medizinischen Anlagen oder Geräten sind diese Materialien von Bedeutung. Für diesen Einsatzzweck ist eine Neutronenbestrah­ lung, bis zu einer Radioaktivität von 20 000 µCi/cm² Materialober­ fläche sinnvoll.

Diese Wirkung ist vor allem bei Bauteilen von Nutzen, die nicht kurzfristig austauschbar sind, dennoch aseptische Kriterien er­ füllen müssen, z. B. weil sie in Kontakt mit organischen Mate­ rialien kommen. Anwendungsbeispiele sind zum Beispiel Filteran­ lagen, Schlauchsysteme, Sammelbehälter usw..

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

In Form von kleinen Kügelchen aus Kunststoff eignen sich die Ma­ terialien zur gezielten Embolisation über einen arteriellen Zu­ gang in einen Tumor oder eine Metastase, um dort im Kapillarge­ biet hängen zu bleiben und auf diese Weise eine lokale Wachs­ tumshemmung zu erreichen. Vorteil hierbei ist, daß sich die Wir­ kung im Vergleich zur Embolisation mit nicht radioaktiven Sub­ stanzen (z. B. Stärkepartikeln) über die mechanische und nutri­ tive Wirkung einer gestörten Blutversorgung hinaus auch auf Zel­ len auswirkt, die im Randbereich des Tumors sitzen und von ande­ ren Gefäßen mit versorgt werden. Aufgrund der relativ langen Halbwertszeit von etwa 4 Monaten bei Thuliumoxid können auch ru­ hende Tumorzellen, die wesentlich weniger strahlensensibel als proliferierende Zellen sind, erreicht werden. Damit sinkt die Rezidivquote gegenüber einer punktuellen externen Bestrahlung oder einer Embolisation mit Substanzen kürzerer Halbwertszeit. Es ist eine langfristige Vermeidung eines Lokalrezidives mög­ lich.

Die Anwendung der gezielten Radioembolisation ist im Gegensatz zur konventionellen Embolisation jedoch nicht nur auf arterielle Stromgebiete begrenzt, sondern auch zum Beispiel auf dem Lymph­ weg möglich. So lassen sich lymphogene Metastasen eines malignen Melanoms an einer Extremität durch Injizieren von radioaktiven, Thuliumoxid-haltigen Polyethylenkügelchen behandeln. Vorteil ist hier, daß sich die Radioaktivität entsprechend der Metastasie­ rungswege ausbreitet und deshalb zielgenau appliziert werden kann. Dadurch sind die erforderlichen Strahlungsdosen erheblich geringer als bei einer externen Bestrahlung.

Zur Herstellung dieser Partikel wird körperverträglichem Poly­ ethylen 5% fein vermahlenes Thuliumoxid zugesetzt. Das Thulium­ oxid ermöglicht die spätere Radioaktivierung. Beim Aufschmelzen (Erwärmen auf etwa 200°C) bleiben die feingemahlenen Teilchen in der Mischung suspendiert und sind nach dem Abkühlen des Poly­ mers homogen in der Masse verteilt und vom Kunststoff fest um­ schlossen. Aus diesem Material werden kleine Polyethylenpartikel mit einem Durchmesser von z. B. 30-100 µm hergestellt. Das Ma­ terial kann auch unter vorhergehender Abkühlung vermahlen wer­ den. Die gewünschte Partikelgröße wird durch Filtrations- oder Siebevorgänge selektiert. Die Partikel werden anschließend durch Neutronenbeschuß in einem Kernreaktor radioaktiviert.

Beispiel 2

Kunststoffen, deren Rezeptur zur Herstellung von Harnröhren- und Harnleiterkathetern zugelassen ist, wird 5% in einer Kugel­ mühle fein vermahlenes Thuliumoxid zugesetzt. Beim Aufschmelzen (Erwärmen auf etwa 200°C) bleiben die feingemahlenen Teilchen in der Mischung suspendiert und sind nach dem Abkühlen des Poly­ mers homogen in der Masse verteilt und vom Kunststoff fest um­ schlossen.

Aus dem geschmolzenen Kunststoff wird durch eine Spritzgußma­ schine (Extruder) ein Schlauch mit z. B. einem Innendurchmesser von 2,5 mm und einer Wandstärke von 0,25 mm hergestellt. Dieser Schlauch wird anschließend zu einem Doppel-J-Katheter in den üb­ lichen Abmessungen weiterverarbeitet, indem er auf eine Länge von 5-10 cm geschnitten wird. An beiden Enden dieser Stücke werden Teile eines Kunstoffschlauches mit den selben Durchmes­ sern angefügt, der ohne Zusatz von Thuliumoxid hergestellt wurde. Beide Enden werden in J-Form (z. B. durch Biegen unter Wärmebehandlung) gebracht, um den Katheter später in der richti­ gen Position zu halten. Dabei wird der Teil des Katheters radio­ aktiviert, der in direkten Kontakt zu der zu behandelnden narbi­ gen Stenose oder Tumorstenose kommt. Durch die Radioaktivität wird ein Rezidiv der narbigen Stenose (Hemmung von Fibroblasten­ wachstum) verhindert bzw. das Wachstum von Tumorzellen begrenzt. Die Stents werden in Kunststoffbeutel eingeschmolzen und mit Ethylenoxid sterilisiert.

Der Vorteil liegt zugleich in der Reduktion der Keimbesiedelung auf der Oberfläche des Katheders.

Beispiel 3

Materialien, z. B. faserverstärkten Kunststoffen (z. B. Kohlefa­ sern), die zum Einsatz bei Herzklappensegeln zugelassen sind, wird in einer Kugelmühle fein vermahlenes Thuliumoxid z. B. mit einem Gewichtsanteil von 0,5-3% zugesetzt. Beim Aufschmelzen bleiben die feingemahlenen Teilchen in der Mischung suspendiert, homogen verteilt und können nach dem Zufügen des Faseranteils in die gewünschte Form gebracht werden. Das Thuliumoxid ist nach Abkühlen des Polymers homogen in der Masse verteilt und von der Matrix fest umschlossen. Das Werkstück wird anschließend durch Neutronenbeschuß in einem Kernreaktor radioaktiviert.

Mit einem solchen radioaktiven Herzklappensegel kann vermieden werden, daß sich Bakterien festsetzen und die Ausbildung eines septischen Thrombus verursachen. Aufgrund der starken Bewegungen der Klappensegel neigen insbesondere dort lokalisierte Thromben, als Emboli in andere Gebiete zum Beispiel das Gehirn abzuwandern und dort Infarkte zu verursachen. Durch die β-Strahlung des ra­ dioaktiven Materials ist eine hohe Oberflächendosis zu errei­ chen, die eine Keimbesiedlung verhindert. Zudem hat ein mechani­ sches Klappensegel keinen direkten Kontakt zum Herzmuskelgewebe, so daß aufgrund der geringen Reichweite z. B. bei ¹⁷⁰Tm die Schä­ digung der Herzmuskelzellen vernachlässigbar gering ist. Ein solches Herzklappensegel kann mit nichtradioaktiven Bauteilen zu einer Herzklappe kombiniert werden.

Beispiel 4

Chirurgischen Implantaten wie Schrauben, Platten, Gelenke und Gelenkteile, die entweder aus Kunststoff mit oder ohne Faserver­ stärkung oder aus Metallegierungen oder aus Kombinationen beider Werkstoffe bestehen, wird fein vermahlenes Thuliumoxid z. B. mit einem Gewichtsanteil von 0,5-10% zugesetzt. Kombinationen der beiden Werkstoffe sind z. B. in Form eines Metallkernes mit um­ gebendem Thuliumoxid-haltigen Kunststoffmantel möglich. Als Kunststoffe eignen sich hierfür z. B. insbesondere duroelastische Materialien und solche, die eine hohe Schlag- und Bruchfestig­ keit aufweisen. Als Beispiel wären z. B. Polyethylen-HD-Verbin­ dungen und Polyarylamid-Verbindungen zu nennen. Beim Aufschmel­ zen bleiben die feingemahlenen Verbindungen in der Mischung sus­ pendiert und homogen verteilt und werden in Spritzgußtechnik z. B. um einen Metallkörper im Zentrum gespritzt. Das Werkstück wird anschließend durch Neutronenbeschuß in einem Kernreaktor radioaktiviert.

Beispiel 5

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten der radioaktiven Materialien gibt es am menschlichen Auge, da Operationen aufgrund der räum­ lichen Nachbarschaft hoch differenzierter Gebiete z. B. bei Tu­ moroperationen wie Retino- und Melanoblastomen oft mit einem Verlust der Organfunktion oder einer Einschränkung der Sehfähig­ keit verbunden sind. Auf der anderen Seite ist es oft nicht mög­ lich, entzündliche oder proliferative Prozesse an der Netz- und Aderhaut (z. B. Periphlebitis retinae, Panarteriitis nodosa, Thrombangitis obliterans, diabetische Retinopathie) mit den her­ kömmlichen medikamentösen Therapien und invasiven Netzhautbe­ handlungen wie Kryo- oder Laserkoagulation, die ja nur punktu­ elle Vernarbungen bewirken, flächendeckend zu behandeln.

Für beide Indikationen ist es möglich, radioaktive, Thuliumoxid­ haltige (z. B. mit einem Thuliumoxidanteil von 0,1-10%) Plom­ ben aus Kunststoff, z. B. Polyethylen, transparenten Silikonpo­ lymeren oder auch thermoelastischen Kunststoffen außen an das Auge anzunähen bzw. innen der Netzhaut anliegend zu befestigen, um proliferative Prozesse zu stoppen, die zu weiteren Netzhaut­ schädigungen führen können. Aber auch Netzhauttumoren wie Retin­ oblastome, die sich aufgrund ihrer Größe einer Visus-erhaltenden Operation entziehen, können durch solche Plomben präeoperativ, postoperativ oder als alleinige Maßnahme behandelt werden. Durch die Radioakivität können insbesondere auch einzelne infiltrativ wachsende Tumorzellen erreicht werden, die sich ansonsten einer Behandlung entziehen würden. Insbesondere Thuliumoxid erscheint hier aufgrund der Reichweite seiner β-Strahlung von wenigen Mil­ limetern, der Halbwertszeit, die eine längere Applikation ermög­ licht, um auch ruhende Zellen abzutöten, und dem geringen Anteil an γ-Strahlung, die ja eine Linsentrübung hervorrufen kann, be­ sonders geeignet und den herkömmlichen Bestrahlungsarten überle­ gen. Beim Aufschmelzen bleibt die feingemahlene Thuliumoxidver­ bindung in der Kunststoff-Mischung suspendiert und homogen ver­ teilt. Die Mischung wird in z. B. in Spritzgußtechnik in die ge­ wünschte Form gebracht und das Werkstück anschließend durch Neu­ tronenbeschuß in einem Kernreaktor radioaktiviert.

Beispiel 6

Die radioaktiven Materialien eignen sich zum Einsatz bei Tumo­ ren, die sich aufgrund ihrer Lage, Ausdehnung, Infiltration oder des Allgemeinzustandes des Patienten einem kurativen operativen Verfahren entziehen. Als Beispiel sind hier Tumoren der Haut, wie Basaliome, Melanome oder Spinaliome, aber auch der Weich­ teile zu nennen. Zur Behandlung dieser Tumoren und insbesondere von kleinen makroskopisch nicht sichtbaren Absiedlungen im Rand­ bereich ist es möglich, praeoperativ, postoperativ oder auch als alleinige Therapie ein radioaktives Thuliumoxid-haltiges Werk­ stück z. B. in Form eines Plättchens aus thermoelastischen Kunststoffen oder Polyethylen als Matrixmaterial bei einem Thu­ liumgehalt von 0,1-10% aufzunähen bzw. anzubringen. Für un­ ebene anatomische Verhältnisse lassen sich leicht verformbare, gelartige oder flüssige Kunststoffpolymere wie z. B. Silikonpo­ lymere mit dem selben Thuliumanteil einsetzen. Beim Aufschmelzen bleibt die feingemahlene Thuliumoxidverbindung in der Kunst­ stoff-Mischung suspendiert und homogen verteilt und wird z. B. in Spritzgußtechnik in die gewünschte Form gebracht. Das Werk­ stück wird anschließend durch Neutronenbeschuß in einem Kernre­ aktor radioaktiviert. Vorteil dieses Verfahrens ist wiederum die geringe Strahlenbelastung des umgebenden Gewebes, die Erfassung vereinzelt liegender Zellen im Randbereich, die ambulante Be­ handlungsmöglichkeit und das Vermeiden verstümmelnder chirurgi­ scher Eingriffe.

Beispiel 7

Bauteile technischer Geräte u. a. aus dem medizintechnischen Be­ reich, die regelmäßig oder potentiell mit prokaryiotischen Orga­ nismen und Zellen kontaminiert werden, die jedoch steril oder keimarm gehalten werden sollen und nicht einer kurzfristigen, regelmäßigen Keimreduktion unterworfen werden können, wie Sam­ melbehälter, Schlauchsysteme, Filteranlagen, Gehäuse für elek­ tronische Bauteile usw. können aus der Vielzahl der oben genann­ ten Matrixmaterialien wie z. B. Kunststoffen bestehen, denen eine inerte Verbindung einer seltenen Erde z. B. Thuliumoxid zu­ gesetzt wird. Auch Werkstücke aus organischen und bioorganischen Verbindungen wie Zellulose, organischen Gelen, Stärke usw. sind vor Besiedelung und Zersetzung durch Prokaryonten schützbar, wenn das feingemahlene inerte Thuliumoxid in der Matrix suspen­ diert und homogen verteilt und anschließend in die gewünschte Form gebracht wird. Das Werkstück wird anschließend durch Neu­ tronenbeschuß in einem Kernreaktor radioaktiviert. Bei den tech­ nischen Werkstücken kann, wenn eine genügende Abschirmung ge­ währleistet ist, eine deutliche höhere Radioaktivität zum Ein­ satz kommen als beim Menschen.

Literatur

Ayers DC, Evarts cm, Parkinson JR: The prevention of heterotopic ossification in high-risk patients by low-dose radiation therapy after total hip arthroplasty. J Bone Joint Surg 68 : 1423-30, 1986.
Borok TL, Bray M, Sinclair I: Role of ionizing irradiation for 393 keloids. Int J Radiat Oncol Biol Phys 14 : 865-70, 1988.
Gross R, Schölmerich P, Gerok W: Lehrbuch der Inneren Medizin. Thieme, 1989.
Jung EG: Dermatologie, Hippokrates Verlag, 1991.
Wallhäuser K H: Praxis der Sterilisation, Desinfektion und Kon­ servierung. 5. Auflage. Thieme. 1995.

Claims (12)

1. Radioaktive Materialien gekennzeichnet durch mindestens eine inerte Verbindung der Seltenen Erden, die homogen oder inho­ mogen in einem Matrixmaterial verteilt ist und durch Neutro­ nenbehandlung radioaktiviert sind.

2. Radioaktive Materialien nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Thuliumoxid als inerte Verbindung der Seltenen Erden.

3. Radioaktive Materialien nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,1 bis 25% an Verbindungen der Sel­ tenen Erden.

4. Radioaktive Materialien nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch Kunststoffe, Glas, Keramik, Polymere mit und ohne Fa­ seranteil wie Kohle- oder Glasfasern, oder Metalle, Teflon und organische und bioorganische Verbindungen als Matrixmate­ rial.

5. Radioaktive Materialien nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch zugesetzte Röntgenkontrastmittel.

6. Radioaktive Materialien nach Anspruch 1 bis 5 gekennzeichnet durch mindestens eine weitere radioaktive Komponente mit sich von der Verbindung der Seltenen Erden unterscheidender Halb­ wertszeit, Strahlungsart und -energie.

7. Verfahren zur Herstellung der radioaktiven Materialien gemäß Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine dosierte Neutro­ nenbestrahlung.

8. Verfahren zur Herstellung der radioaktiven Materialien gemäß Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Neutronenbestrah­ lung bis zu einer Radioaktivität von 80 µCi/cm² Materialober­ fläche zum Absterben und zur Verhinderung des Wachstums euka­ riotischen Zellen.

9. Verfahren zur Herstellung der radioaktiven Materialien gemäß Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Neutronenbestrah­ lung bis zu einer Radioaktivität von 20000 µCi/cm² Mate­ rialoberfläche zum Absterben und zur Verhinderung des Wachs­ tums prokariotischer Zellen.

10. Anwendung der radioaktiven Materialien nach den Ansprüchen 1 bis 9 als therapeutisches Mittel bei Mensch und Tier.

11. Anwendung der radioaktiven Materialien gemäß Anspruch 1 bis 10 als Medizinprodukte wie Implantate, Endoprothesen, Kathe­ ter, Stents, zur gezielten Embolisation von malignen Raumfor­ derungen, zur äußerlichen Anwendung auf der Haut und zur in­ nerlichen Anwendung in der Tumortherapie, als Bestandteile von künstlichen Herzklappen oder als Plomben im Bereich der Augenheilkunde.

12. Anwendung der radioaktiven Materialien gemäß Anspruch 1 bis 11 zur Herstellung von Anlagenteilen zum Absterben und zur Verhinderung des Wachstums prokariotischer Zellen auf oder in ihnen.