你討厭的核廢料，醫藥公司已經囤起來了……

在提起“放射性治療”時，很多人可能覺得陌生，或是聯想到癌癥患者常接受的放療。一字之差，相去甚遠。廣義上的放射治療(radiotherapy / radiation therapy)涵蓋一切電離輻射療法，可按輻射源位置分為外照射和內照射兩大類。

大眾理解的“放療”歸屬外照射類別，即輻射源在體外，例如，癌癥病人體內的腫瘤受到來自體外放療機器的X射線或電子束殺傷。

“放射性治療”則一般指代“放射性核素治療”(radionuclide therapy)，其輻射源位于體內，比如，患者口服或注射的放射性藥物(如碘-131、镥-177)會聚集至腫瘤附近，而放射性核素衰變所釋放的輻射最終能破壞腫瘤。

如今，以放射性配體療法(radioligand therapy)為代表的新一代放射性療法正迅猛崛起，展現出獨特療效，因其針對癌癥的巨大治療潛能，未來有爆發式增長的需要。問題在于，若此類新藥普及，行業對特定放射性同位素的需求將遠超當前供應能力。由此，全球范圍的同位素增產競賽已然開始。

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放射性與半衰期

核素的醫用起源

點石成金、煉尿取金、煉汞得銀……如今看來，古代煉金術士的多數想法都錯到離譜，但他們的信念不無道理——一種元素當然可以轉化為另一種元素，而且能自然發生轉化。

自然界的元素轉變主要通過3種放射性衰變方式實現。1. 原子核釋放出一個由2個質子和2個中子緊密結合成的α粒子，即α衰變；2. 原子核內一個中子轉變為質子時，釋放出一個高速電子和一個反中微子，即β衰變；3. 原子核從高能態躍遷低能態時，釋放出一股高能電磁波(γ光子)，即γ衰變。

現代科學家以半衰期為單位，衡量放射性物質中50%的原子完成這種轉化所需的時間。

法國物理學家安東尼·亨利·貝克勒爾（Henri Becquerel）在1896年發現了第一種放射性元素——鈾。1898年，居里夫婦又發現了第二和第三種，即釙和鐳。鐳的放射性衰變很緩慢，半衰期長達1600年，而其釋放的α粒子能量極強。

很快就有醫生開創性地將這種放射性應用于醫療：密封的鐳樣品被固定于針頭上并植入患者體內，結果鐳釋放的α粒子竟縮小了腫瘤！

這種“鐳近距離放射治療”曾盛行一時，直到1950年代出現了更安全的同位素替代者。

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新一代放射性核素療法中

哪些已商業化？

近些年，放射性物質在醫療領域的熱度集中于一種名為“放射性配體療法”(radioligand therapy)的技術。該療法解決了傳統放療的一大痛點，即放療殺傷腫瘤細胞的同時也會損傷健康細胞。其核心原理是，將放射性原子與一種名為配體的分子綁定，配體能精準識別并結合癌細胞。如此一來，藥物可實現精準打擊，副作用更少。

2017年，放射性配體療法迎來重大突破。制藥巨頭諾華推出藥物镥[177Lu]氧奧曲肽(Lutathera)。此藥可綁定镥-177與靶向胃腸道癌細胞的肽段。2022年，諾華又奉上另一款镥-177藥物特昔維匹肽(Pluvicto)，用于治療前列腺癌。有資深從業者如此評價這兩款產品：“它們證明靶向放射性藥物能夠完成研發、獲批并實現規模化生產。”

镥氧奧曲肽與特昔維匹肽在2025年創造的銷售額高達28億美元，引得數十家藥企想分取一杯羹。

摩根士丹利分析師預測，市場熱度的攀升將推動全球放射性藥物市場規模到2032年增至390億美元。

镥氧奧曲肽和特昔維匹肽的成功無疑激勵了行業基建，相關設施快速擴建，镥-177產量節節攀升。與此同時，從業者也將目光投向更前沿、充滿更多可能性的下一代放射性配體療法。

镥-177發生β衰變，一個原子核釋放的高速電子只有一個，而殺死一個癌細胞需要數以百計的高速電子。相比之下，釋放更重更慢的α粒子的同位素，僅需10次轟擊就能達到同等殺傷效果。如果說β粒子像霰彈，α粒子就是手榴彈。

因此，更先進的靶向α療法成為核醫療領域的一大焦點，從業者正開發搭載多種α發射同位素的放射性配體藥物。問題在于，這類α發射體更稀缺，生產風險也更高。

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α粒子比β粒子更猛

那么首選誰來輸出α？

靶向α療法的首選同位素是錒-225。

錒與镥化學性質相似，易于綁定至镥氧奧曲肽和特昔維匹肽所使用的靶向分子上。錒類藥物的臨床試驗已進入最后階段。此外，錒-225衰變時會產生一系列子核，總共釋放4個α粒子和2個β粒子，殺傷力更強。

比利時同位素制造商PanTera公司首席執行官斯文·范登伯格(Sven Van den Berghe)表示，錒-225需求極高，“它被公認為全球最昂貴的物質。”

放射性藥物分析師理查德·齊默爾曼(Richard Zimmermann)計算得：當前錒-225的全球年產量不足0.1毫克，若要每年為數十萬患者提供治療，產量需提升1000倍。

企業可通過多種同位素原料的衰變來制備其所需的特定醫用同位素

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錒-225的生產方式有哪些？

現階段生產錒-225主要途徑有三種。

第一種選擇來自雖早已廢棄、可如今價值極高的鐳近距離放射治療源。國際原子能機構發起了全球行動，力求從廢料處理設施和醫院地下室回收廢棄放射源。每個放射源可提取純化出微克級的鐳；再用回旋加速器發射質子轟擊鐳以觸發衰變反應；最終可得錒-225。當然，這種方式在原料純度方面略有欠缺。

第二種途徑依托鈾-233。1955年，美國內華達州引爆了一枚鈾-233核彈，但試驗未達預期。此后數十年里，約2噸鈾-233被儲存于田納西州橡樹嶺國家實驗室，期間逐漸衰變成多種其他元素，其中包括釷-229，而釷-229又能衰變為錒-225及其他同位素。

美國泰拉能源同位素(TerraPower Isotopes)公司正致力于這個方向的探索。公司總裁斯科特·克蘭奇(Scott Claunch)表示，生產系統在滿負荷運轉的情況下，可滿足每年數十萬患者的用藥需求。

然而，釷儲備終會耗盡。正因如此，泰拉能源正與PanTera公司開展合作，后者研發出的第三種錒-225制備方法同樣以鐳為核心，不過在純度上遠非廢棄放射源方案可比。這套生產體系可追溯至居里夫婦發現鐳后的“鐳熱潮”時期。

1915年，比利時礦工在現剛果民主共和國境內發現了儲量極為豐富的鐳和鈾的礦藏——辛科洛布韋礦(Shinkolobwe mine)。啟動開采后，數以千噸計的放射性礦石送往比利時，為曼哈頓計劃提供了大部分鈾原料。如今，比利時核研究中心存放著辛科洛布韋礦的剩余資源，包括多達約100克的純鐳-226，這堪稱全球最大鐳-226儲備。

范登伯格表示：“憑借我們的回收技術，這些鐳每年可生產約45萬劑錒-225。”

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若錒-225不盡人意

誰可差異競爭？

備受矚目的錒-225也存在缺陷。其一，α衰變產生的反沖力會使原子脫離分子載體并游離，然后在體內自由擴散，這可能引發非靶向的副作用。其二，錒-225半衰期多達10天，這意味著患者結束治療后，其體內會長時間殘留該同位素。

對許多研究者而言，鉛-212是更優選擇。錒-225原子核本身只釋放α粒子，鉛-212原子核則只釋放β粒子，不過二者的衰變鏈既放α粒子又放β粒子。另一方面，鉛-212的半衰期僅為10小時，因此患者體內的放射性可迅速消退。

業界對鉛-212在放射性配體療法中的應用寄予厚望，不過其規模化供應尚需時日，當前全球有幾家大機構正著力探究鉛-212生產線，例如英國國家核實驗室(UKNNL)在蘭開夏郡普雷斯頓的“波比”(Poppy)項目。

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有一處鉛-212生產基地

將核廢料變作醫用寶

簡單來說，“波比”是一根內部裝滿放射性廢料的細長玻璃柱，身處一座高安全級別的實驗室內，有厚重的鋼制屏障用于隔離防護。該實驗室每年處理數以百噸計的鈾。

上圖中位于最左側的“波比”是一套過濾系統的一部分，該設施的任務是從核廢料處收集鉛原子

向波比內投入的原料取自坎布里亞郡塞拉菲爾德核設施儲存的核廢料(研究團隊更愿意稱之為“歷史遺留物料”)。廢料中所含的鈾-232歷經數十年衰變后成為釷-228。前文提到，釷-229的衰變產物包括錒-225，釷-228則可經過一系列連續衰變成為珍貴的鉛-212。

對于負責波比項目的UKNNL首席科學家霍華德·格林伍德(Howard Greenwood)來說，釷-228就是波比的美妙饋贈。

上圖展示了位于英國坎布里亞郡的塞拉菲爾德核設施。這里儲存的部分核廢料是放射性同位素的來源，是新一代抗癌藥物的源動力

目前約有10款基于鉛-212的藥物處于臨床試驗階段。據格林伍德介紹，UKNNL有一處放射性物料工藝中試工廠，該廠房理論上每年可生產足夠治療數千名患者的鉛-212。

值得一提的是，法國放射性藥物開發商歐安諾醫藥(Orano Med)為上述多項臨床試驗供應了鉛-212。該企業擁有專屬工藝，能夠從2.2萬桶核廢料庫存中提取這種同位素。

另一方面，難以獲取大量核廢料儲備的部分企業，正嘗試用緊湊型聚變裝置制備鉛-212等同位素。例如，英國初創企業Astral Systems聚焦于聚變反應釋放的中子，希望利用其制備實用的同位素。過往嘗試的緊湊型聚變裝置，因產出的中子濃度不足，難以實現經濟的同位素生產，而Astral Systems開發的高壓聚變裝置顯著提升了中子濃度。

在Astral Systems公司的聚變反應堆中，等離子體圍繞著電極洶涌翻滾。該反應過程所釋放的中子正被用于制備鉛-212

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半衰期比鉛-212更短的鹵素元素

展現獨特核醫療價值

另有科學家另辟蹊徑、用“砹”發射。

砹屬于鹵素元素，化學性質與鉛、錒等金屬截然不同。這意味著，砹無需借助特殊分子載體，可直接通過化學鍵結合藥物分子。理論上，部分砹基藥物能穿透血腦屏障，非常適用于治療腦腫瘤。

砹-211的半衰期僅7小時，這意味著制備工作必須在治療中心附近完成，同時也意味著患者遭受輻射的時間很短暫。砹-211的衰變鏈僅釋放1個α粒子，故殺傷力可能弱于錒-225，不過非靶向副作用也極大程度地降低了。

制備砹-211的主要途徑是利用回旋加速器向鉍原子發射α粒子，但此類加速系統產量有限。美國醫用放射性同位素供應商Nusano公司力求擴大規模，打造了一座60千伏電離室，從而能獲得產量遠超傳統回旋加速器新裝置的高能α粒子。這些α粒子經加速、匯聚成脈沖串后，定向轟擊一組靶材。

Nusano的α粒子源已投入運行，加速器也即將上線。公司的聯合創始人、核物理學家格倫·羅森塔爾(Glenn Rosenthal)表示：“屆時我們的砹產量，將超過全球其他所有機構的總和。”

市場資金以十億美元為單位流入同位素工廠，它們能否轉化為回報？答案或于幾年內揭曉。

泰拉能源同位素的總裁克蘭奇預計，到2030年，可能會有多種相關化合物獲批，“那一年將是行業關鍵節點”。

目前至少有四種同位素被探索用于放射性配體療法，各有優劣

镥-177|

放射性發射類型：β粒子

優缺點：镥-177已用于現有抗癌藥物镥氧奧曲肽和特昔維匹肽，但β粒子殺傷癌細胞效率較低，需使用更大劑量。

錒-225|

放射性發射類型：衰變鏈包含α粒子和β粒子

優缺點：錒-225具備近似镥的化學性質，易整合至現有藥物，但它可能是全球最昂貴物質，其多達10天的半衰期意味著患者遭受輻射的時間較長。

鉛-212|

放射性發射類型：衰變鏈包含α粒子和β粒子

優缺點：鉛-212可從核廢料中提取，其半衰期僅約10個小時，在患者體內停留時間非常短，因此被視為未來療法的潛力之選，不過規模化生產尚需時日。

砹-211|

放射性發射類型：α粒子

優缺點：砹-211有望應用于其他同位素力不能及的腦癌靶向藥物，不過其半衰期比鉛-212更短，制備后需盡快使用，無法長時間儲存。

資料來源：

文章轉載自“世界科學”公眾號