La production de radioisotopes pour la médecine nucléaire
Actuellement on dénombre en Europe et par an plus de 12 millions de procédures médicales (diagnostic et thérapie) utilisant des radioisotopes, soit plus de 30 000 procédures par jour. Environ 90 % des radioisotopes sont utilisés à des fins diagnostiques et 10 % pour de la thérapie.
A l’échelle mondiale, on estimait en 2016 à 35 millions le nombre de personnes ayant recours à la médecine nucléaire, soit pour un diagnostic, soit pour une thérapie. La demande en radio-isotopes pour ces diagnostics et thérapies était en forte augmentation, à la fois dans les pays développés et ceux en voie de développement rapide comme la Chine et l’Inde.
Production de radioisotopes par un cyclotron
Inventé au début des années 1930 par le physicien américain Ernest Lawrence, le cyclotron a été le premier accélérateur de particules. Il est utilisé aujourd’hui dans de grands hôpitaux pour produire sur place certains traceurs radioactifs à très courte de vie, comme le fluor-18 utilisé par la Tomographie à Emission de Positons dans le dépistage et la localisation de cellules cancéreuses.
© AFP et hôpital Saint-Louis
Les radioéléments sont produits soit avec des cyclotrons, soit avec des réacteurs. Les cyclotrons se trouvent installés généralement dans de grands hôpitaux, ce qui permet une utilisation immédiate. La production, dont le coût est élévé, est obtenue par le bombardement d’une cible adaptée par des particules chargées, généralement des protons.
Au niveau mondial, quelques 1200 cyclotrons assuraient en 2016 la production de radioéléments pour la médecine. Les émetteurs bêta-plus de positons comme le fluor-18 et les éléments à vie courte (thallium-201 par exemple) sont fabriqués dans des cyclotrons et représentent environ 25 % des radioisotopes utilisés en diagnostic.
Le fluor 18, le traceur utilisé par la Tomographie à Emission de Positons pour le dépistage des cancers, est produit au moyen d’un cyclotron. On utilise de l’eau enrichie avec de l’oxygène 18 – l’oxygène est un élément voisin du fluor dans la classification périodique. Les noyaux d’oxygène 18 sont bombardés de protons accélérés par le cyclotron ; une réaction nucléaire a lieu qui les transforme en fluor 18. Après deux ou trois heures d’irradiation, le fluor 18 radioactif est isolé puis fixé sur une molécule de glucose.
En dehors des hôpitaux, d’autres cyclotrons bien plus puisants sont à même de produire une gamme plus variée de radioéléments pour la recherche, de futures applications en Médecine et aussi pour l’industrie. C’est le cas en France depuis 2008 de l’accélérateur ARRONAX à Nantes.
Production de radioisotopes
La tomographie par émission de positons utilise des radioisotopes à vie courte. Ces isotopes doivent être produits par un cyclotron à l’hôpital ou, quand la durée de vie le permet, acheminés très rapidement à partir d’un centre régional (c’est le cas du fluor-18 le plus utilisé dont la période est de 110 minutes). Les radioisotopes pour les gamma-caméras à vie plus longue sont produits en réacteurs : le technétium-99 qui intervient dans 70 % des scintigraphies provient de la décroissance du molybdène-99, un produit de fission précurseur de 65 heures de période.
© IN2P3
Les réacteurs nucléaires produisent la quasi-totalité des radioisotopes utilisés à des fins thérapeutiques et une grande partie de ceux utilisés en imagerie médicale. Ils permettent la production de radioisotopes en plus grande quantité, avec un coût plus faible. On utilise le bombardement d’une cible par des neutrons qui provoquent des réactions de fission. Les radio-isotopes produits doivent avoir une période radioactive assez longue pour leur transport.
Molybdène-99, précurseur du technétium-99
Les réacteurs nucléaires assurent la production du molybdène-99, précurseur du technétium-99, le principal radioisotope utilisé pour les radiodiagnostics. Actuellement, près de 75% des examens de scintigraphie utilisent le technétium-99. Le précurseur de ce radioisotope – le molybdène-99 – est fabriqué grâce à la fission en réacteur d’uranium -235. Environ 6% des fissions de ce noyau fissile aboutissent à ce molybdène. Les cibles sont constitués de petites plaque d’aluminium contenant de l’uranium très enrichi en uranium-235.
Il y a peu de temps encore, cet uranium était de l’uranium HEU de qualité militaire enrichi à près de 95 %. Une réglementation récente de l’AIEA a imposé l’abandon de cet HEU et son remplacement d’ici la fin 2017 par de l’uranium LEU à 20 % moins enrichi.
La synthèse des radiopharmaceutiques est également réalisée sur les mêmes sites. La production est livrée par un transporteur agréé dans les différents services de médecine nucléaire. Les radiopharmaceutiques se présentent essentiellement sous la forme de solutions injectables (flacons) ou encore sous la forme de gélules (thérapie par l’iode-131 par exemple).
La production du technétium-99m est assurée par un générateur (“vache à technétium”) livré une à deux fois par semaine dans chaque service de médecine nucléaire. La solution de technétium-99m est obtenue par élution d’une colonne chromatographique d’alumine sur laquelle est fixée du molybdène 99 (période de 66 heures).
Les produits radiopharmaceutiques sont préparés dans une pièce spéciale du service de médecine nucléaire (appelée « laboratoire chaud »), soumise à la stricte réglementation en matière de radioprotection et de préparation de produits pharmaceutiques. Les doses de traceurs injectées au patient, sont mesurées à l’aide d’une chambre d’ionisation étalonnée (activimètre) et sont confinées dans des seringues munies de caches plombés, afin de limiter au maximum l’irradiation du personnel.
Cœur du réacteur OSIRIS
Le réacteur OSIRIS, mis en service en 1966, est un réacteur de recherche de 70 mégawatts thermiques qui produit notamment des isotopes pour l’imagerie médicale. Le principal est le molybdène-99 précurseur du technétium-99 très utilisé pour les scintigraphies. OSIRIS a été arrêté le 31 décembre 2015. Il devrait être remplacé à partir de 2018 par le futur réacteur Jules Horowicz en construction à Cadarache.
© CEA
Risques de pénurie de technétium 99
La production de mollybdène-99 précurseur du technetium n’est assurée au niveau mondial que par neuf réacteurs dont, en France, le réacteur Osiris. Cinq de ces réacteurs représentent à eux seuls 90 à 95% de la production mondiale de 99Mo. Beaucoup sont âgés et sur le point d’être arrêtés comme l’a été Osiris en France fin 2015 ou le réacteur canadien NRU (principal producteur de technétium) en 2016. Une début de pénurie de technétium-99 s’est déjà produite en Europe lors d’une panne du réacteur néerlandais de Petten en 2007-2008 puis en 2010. Le réacteur belge BR2 devait être arrêté dix-huit mois pour maintenance entre 2015-2016. Le réacteur Jules Horowics qui remplacera Osiris ne serait mis en service qu’en 2025. Le risque d’une nouvelle pénurie menace et la communauté médicale a mis en place des mesures qui ont permis de mieux organiser la distribution de la ressource.
Des sanctions peuvent être aussi à l’origine de pénuries. Du fait de l’embargo américain, l’Iran fut sur le point en 2010 d’arrêter le réacteur de faible puissance qui alimentait à Téhéran en isotopes radioactifs la médecine nucléaire du pays. Les États-Unis refusèrent de renouveler le combustible du réacteur. Pour obtenir du combustible neuf, l’Iran fabriqua une centaine de kilos d’uranium enrichi à 20%. Cet enrichissement masquait-il une étape vers un uranium enrichi à 95 %, une étape vers la bombe ? La question fut posée. Finalement, l’Iran ne dépassa pas la quantité requise pour alimenter son réacteur, puis à la suite de l’accord du 16 janvier 2016 renonça alors à l’essentiel de ses capacités d’enrichissement.