Les isotopes radioactifs de l’iode

Naturellement présent sous la forme iode-127 (¹²⁷₅₃I) on dénombre 36 isotopes dont 4 possédent

des caractéristiques radioactives exploitables pour l’imagerie médicale (Tableau 8).

Isotope Demi-vie t_½ Emetteur Energie Application

Iode-123 13,2 heures γ 159 keV TEMP

Iode-124 4,2 jours β⁺ 1532 keV TEP

Iode-125 59,4 jours γ et X 35,5 keV Autoradiographie

Iode-131 8,02 jours β^- et γ 606 keV Radiothérapie ciblée

Tableau 8 : Isotopes radioactifs de l’iode utilisés en imagerie médical

Précédemment cité, l’iode-123 est un radioisotope émetteur γ utilisé en imagerie TEMP (Chapitre 1 § 2.3.2). Bien qu’émetteur γ également, l’iode-125 est lui employé pour réaliser des études d’autoradiographies du fait que l’énergie émise par son rayonnement γ soit trop faible. L’iode-124,

émetteur β⁺ peut être utilisé pour l’imagerie TEP même si à l’heure actuelle les radiotraceurs

développés restent réservés à la recherche. Enfin l’iode-131 émetteur β^- est utilisé pour la

radiothérapie ciblée. Introduit sur une molécule vectrice, cet isotope émet un électron par désintégration. Ce rayonnement, peu pénétrant mais énergétique, est capable de provoquer l’apoptose

129

Cavina, L.; van der Born, D.; Klaren, P. H. M.; Feiters, M. C.; Boerman, O. C.; Rutjes, F. P. J. T. European J. Org. Chem. 2017, 2017, 3387–3414.

130

Chapitre 3 : Etat de l’art autour de la radioiodation

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des cellules cancéreuses environnantes. Par ailleurs, un rayonnement γ (Ec = 364 keV) est aussi émis par désintégration pouvant permettre un contrôle sur la localisation de cet isotope. Il est à noter que 2

autres isotopes radioactifs émetteurs β⁺, l’iode-120 (t_½ = 1,4 heures) et l’iode-122 (t_½ = 3,6 minutes),

possèdent des caractéristiques radioactives potentiellement exploitables pour une utilisation en imagerie TEP.

Indispensables pour réaliser un diagnostic en imagerie médicale, ces quatre isotopes n’existent cependant pas à l’état naturel. En effet, ils possèdent une radioactivité artificielle, c’est à dire provoquée par l’Homme. Ils sont donc générés par différentes réactions nucléaires à partir d’un accélérateur de particule ou au sein d’un réacteur nucléaire.

1.2.1. Production d’iode-123⁶⁰

Plus de 25 réactions nucléaires ont été proposées pour la synthèse d’iode-123, cependant

seulement quatre d’entre elles sont essentiellement utilisées pour obtenir ce radioisotope. ^[131]

53 127 I +₁¹p ⎯ →⎯ ¹²³₅₄Xe + 5₀¹n ⎯ →^CE⎯ ¹²³₅₃I (10) 54 124 Xe +₁¹p ⎯ →⎯ ¹²³₅₃I + 2₁¹p (11) 52 124 Te +₁¹p ⎯ →⎯ ¹²³₅₃I + 2₀¹n (12) 52 123 Te +₁¹p ⎯ →⎯ ¹²³₅₃I + ₀¹n (13)

Les quatre réactions décrites nécessitent la présence d’un accélérateur de particules pour la

production d’iode-123. La particule accélérée, ici un proton (₁¹p), est dirigée vers trois sources

différentes pour aboutir au radioisotope désiré. Par bombardement de protons d’une source d’iode-127

(10), du xénon-123 (t_½ = 2,08 heures) est obtenu dans un premier temps puis par capture électronique (CE), c’est à dire émission d’un électron, l’iode-123 est généré par filiation. Le principal inconvénient de cette synthèse repose sur la génération de sous-produit potentiel comme l’iode-125 d’une demi-vie beaucoup plus longue. La seconde source employée est le xénon-124, stable, qui par bombardement de protons mène à l’iode-123 (11). Cependant, cette voie nucléaire est minoritaire (moins de 10%).

Majoritairement, le bombardement de xénon conduit à la génération de césium-123 (t_½ = 5,9 minutes)

qui par filiation (capture électronique) génère dans un premier temps du xénon-123 puis finalement

l’iode-123. ^[132] Enfin le tellure est la dernière source employée pour aboutir à la production

131

Qaim, S. M.; Stöcklin, G. Radiochim. Acta 1983, 34, 25–40.

132

Tárkányi, F.; Qaim, S. M.; Stöcklin, G.; Sajjad, M.; Lambrecht, R. M.; Schweickert, H. Int. J. Radiat. Appl. Instrumentation. Part A. Appl. Radiat. Isot. 1991, 42, 221–228.

Chapitre 3 : Etat de l’art autour de la radioiodation

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123. Le dioxyde de tellure-124 (12) ou le dioxyde de tellure-123 (13) sous un flux de protons est transformé en iode-123 avec émission de 2 ou 1 neutrons respectivement.

1.2.2. Production d’iode-124

Moins utilisé que l’iode-123, trois types de réactions nucléaires existent pour l’obtention

d’iode-124 à partir de l’élément tellure. ⁶¹

52 124 Te + ²₁d ⎯ →⎯ ¹²⁴₅₃I + 2₀¹n (14) 52 124 Te +₁¹p ⎯ →⎯ ¹²⁴₅₃I + ₀¹n (15) 52 125 Te +₁¹p ⎯ →⎯ ¹²⁴₅₃I + 2₀¹n (16)

La production d’iode-124 nécessite une nouvelle fois la présence d’un cyclotron. Deux types de particules peuvent être accélérés pour aboutir au radionucléide. Par bombardement d’atomes de

deutérium ( 1

2

d) sur une source de tellure-124, l’iode-124 est généré (14). ^[133] Cette même source,

bombardée par des protons aboutit aussi à la production d’iode-124 avec émission simultanée d’un neutron (15). Le bombardement d’une source de tellure-125 par un flux de protons conduit au même

résultat que précédemment avec émission cette fois-ci de deux neutrons (16). ^[134]

1.2.3. Production d’iode-125

Contrairement au deux premiers radioisotopes produit à partir d’un cyclotron, l’iode-125 est aujourd’hui obtenu industriellement en réacteur nucléaire à partir d’une source de xénon-124 gazeuse.

54 124

Xe + ₀¹n ⎯ →⎯ ¹²⁵₅₄Xe^*+ γ ⎯ →^CE⎯ ¹²⁵₅₃I (17)

Par bombardement neutronique de la source gazeuse, plusieurs isotopes radioactifs du xénon sont obtenus mais seul le xénon-125 permet la production de l’iode-125 par filiation après capture

électronique (17). ^[135] La désintégration des autres isotopes du xénon conduit essentiellement aux

césium-135 et césium-137, isotopes radioactifs de longue vie, qui peuvent être séparés à l’aide d’une colonne échangeuse de cations.

133

Lambrecht, R. M.; Sajjad, M.; Qureshi, M. A.; Al-Yanbawi, S. J. J. Radioanal. Nucl. Chem. Lett. 1988, 127, 143–150.

134

Karpuz, N.; Akkurt, İ.; Mavi, B. Ann. Nucl. Energy 2013, 60, 341–343.

135

Chapitre 3 : Etat de l’art autour de la radioiodation

100

1.2.4. Production d’iode-131

Le dernier des quatre isotopes radioactifs de l’iode utilisés en imagerie médicale, l’iode-131, peut être obtenu suivant deux techniques différentes en réacteur nucléaire :

92 235 U + ₀¹n ⎯ →⎯ ²³⁶₉₂U^*+ γ ⎯^fission⎯⎯→ ¹⁰¹₃₉Y +¹³¹₅₃I + 4₀¹n (18) 52 130 Te + ₀¹n ⎯ →⎯ ¹³¹₅₄Te^*+ γ ⎯ →^CE⎯ ¹³¹₅₃I (19)

La première méthode fait intervenir une source d’uranium-235 (UAl₃) qui subit un bombardement

neutronique. L’uranium excité se décompose par fission en plusieurs éléments fils dont l’yttrium-101 et l’iode-131 (18). La seconde stratégie employée pour produire l’iode-131 repose sur un

bombardement neutronique de tellure-130 (TeO₂) conduisant a l’isotope radioactif instable

tellure-131. Par capture électronique, le tellure se désintègre ensuite en iode-131 (19). 1.2.5. Conditionnement des isotopes radioactifs

Plusieurs stratégies synthétiques plus ou moins énergétiques ont été mises en place pour la production de ces radionucléides. Les isotopes du xénon et du tellure s’avèrent être les sources les plus communes pour aboutir aux radioisotopes de l’iode. Différentes techniques de purification ont été développées s’adaptant aux propriétés physiques des noyaux impliqués dans les réactions nucléaires.

Ainsi, l’iode radioactif sera purifié par distillation lorsque le tellure, sous la forme TeO2 est engagé.

Lorsque le xénon est utilisé, un système de flux d’hélium permettra de séparer les noyaux gazeux du milieu. Cette étape de purification réalisée, le radionucléide est ensuite dilué dans une solution de NaOH pour être récupéré et conservé sous forme de iodure. C’est pourquoi, commercialement, l’unique source disponible d’iode radioactif se trouve être une solution d’iodure de sodium dissoute dont le coût varie en fonction de l’isotope, du client et de l’activité.

C’est donc à partir de la forme iodure que différentes techniques de radiomarquage ont été développées pour créer une liaison carbone-iode.