Астат: факты и фактики

Сколько астата на Земле? Фактически нисколько. У астата нет стабильных изотопов, а самый долгоживущий At210 имеет период полураспада 8,3 часа. Следующий изотоп, привлекающий внимание, At²¹¹ — 7,2 часа. Поэтому астат, образующийся при радиоактивном распаде, накопиться не может, и его количество в земной коре оценивают с большим разбросом — от сотен миллиграммов до 30 граммов. Естественно, столь редкий элемент никто из природных источников не извлекает, весь астат, который имеется в распоряжении человечества, получен искусственно, на ускорителях частиц.

Какие у астата свойства? Строго говоря, они известны плохо. С химической точки зрения астат может быть и металлом, и галогеном. Обычно в реакциях он ведет себя подобно иоду. А вот физики рассчитали, что при давлении в одну атмосферу астат — металл, в отличие от прочих галогенов не образует двухатомных молекул и обладает сверхпроводимостью («Physical Review Letters»).

Есть ли у астата применение? Да. Во-первых, сам по себе его синтез — торжество человеческого разума, создавшего удивительные машины для трансмутации элементов. А во-вторых, из него можно попытаться сделать противораковый препарат. Идея такова. At²¹¹ распадается с излучением альфа-частицы и превращается с вероятностью 48% в долгоживущий Bi²⁰⁷, который с периодом полураспада 32,9 лет становится стабильным Pb²⁰⁷.Ас вероятностью 52% вследствие захвата ближайшего к ядру электрона превращается в Po²¹¹, и тот спустя 520 мс, испустив альфа-частицу, становится Pb²⁰⁷. Эти альфа-частицы проникают в ткань на глубину 50—80 мкм, то есть поражают лишь несколько слоев клеток в отличие от альтернативного бета-излучения. Доставив альфа-излучатель непосредственно к опухоли, а лучше — привязав его специфическим соединением, ее можно надежно выжечь, причем энергия излучения сосредоточивается внутри врага и не расходуется на ненужное уничтожение здоровой ткани. Среди других пригодных для медицины альфа-излучателей (а их около десятка) At²¹¹ выделяется тем, что живет недолго, а самый токсичный продукт его распада — Po²¹¹ — еще менее долговечен. Полоний-211 хорош и тем, что при его образовании испускается рентгеновское излучение и по нему легко обнаружить, где находится препарат.

Как получают астат? Этот элемент открыли при облучении висмутовой мишени альфа-частицами на циклотроне Калифорнийского университета, и было это в 1940 году. Именно так его получают до сих пор. Тут имеется одна хитрость. Для того чтобы синтезировать как можно больше At²¹¹, нужно облучать висмутовую мишень пучком частиц с энергией, соответствующей максимальному сечению ядерной реакции. Однако при этом повышаются шансы на прохождение паразитной ядерной реакции образования At²¹⁰. Отделить его от At²¹¹ невозможно, но при распаде он даст Po²¹⁰ с периодом полураспада 138,4 дня. С учетом высокой опасности полония (вспомним Александра Литвиненко и Ясира Арафата) этого следует избегать, тем более что полоний, как металл, имеет совсем иные химические свойства: он отделится от той молекулы, к которой был приделан астат и пойдет прочь от опухоли в здоровые ткани. Поэтому изготовителям астата приходится жертвовать производительностью ради качества. После облучения астат испаряют из мишени в течение получаса — дольше не имеет смысла, так как At²¹¹ быстро разлагается и конденсируют его в охлажденных капиллярах. Главная задача — как можно позже использовать растворитель, поскольку из-за радиолиза тот разлагается. С готовым веществом надо бежать в химическую лабораторию, синтезировать лекарственный препарат и вводить его пациенту. Очевидно, что циклотрон должен находиться недалеко от клиники. Как, например, в Университете Дьюка в Северной Каролине — судя по публикациям, именно там под руководством Майкла Залуцкого сегодня ведутся основные работы по использованию астата в радиотерапии.

Каковы успехи астатной радиотерапии? Скромные (см. «Current Radiopharmaceuticals»). Имеется несметное количество идей по использованию радиоактивного астата. Пользуясь тем, что он, в отличие от подавляющего большинства других радиоактивных элементов, неметалл, галоген с химическими свойствами, близкими к иоду, астат успешно приделывают к самым разным веществам. Это и низкомолеуклярных металлорганических соединения с оловом и бором. Это и пептиды, способные проникать в клетку и связываться с ДНК. Это и моноклональные антитела, прилипающие к стенке клетки опухоли, и даже вирусные частицы. Иначе говоря, доставить это грозное оружие можно в любую точку организма. Малый радиус воздействия альфа-частиц позволяет надеяться на уничтожение маленьких опухолей, недоступных другим радиопрепаратам, и даже отдельных клеток. Увы, эти идеи не слишком быстро воплощаются в жизнь. С некоторыми препаратами сделали более-менее успешные опыты на животных. С людьми же до сих пор было проведено лишь два клинических испытания.

В 2009 группа исследователей из Швеции, Дании и США во главе с Рагнаром Хальтборном из Гетеборгского университета вводила препарат антител с астатом девяти женщинам для лечения после операции по удалению опухоли яичников. В качестве положительного результата было указано отсутствие побочных эффектов («Journal of Nuclear Medicine» - полный текст). А Майкл Залуцкий с коллегами обрабатывал препаратом из антител с астатом места удаления опухоли мозга у 18 пациентов. Помимо отсутствия побочных эффектов, это лечение увеличило среднюю продолжительность жизни пациентов с 20—30 недель до 50—116 в зависимости от вида опухоли, а двое прожили по три года после операции («Journal of Nuclear Medicine» - полный текст). То есть, видимо, препараты астата действительно могут подавлять остатки опухоли, не замеченные хирургом, однако над методикой надо работать и работать. Дело сдерживается также дороговизной астата и его малой доступностью для широких масс ученых: приходится организовывать клинику в непосредственной близости от ускорителя, а, по мнению Майкла Залуцкого, в мире есть лишь одиннадцать циклотронов, на которых можно изготавливать астат, пригодный для медицинских целей. Конечно, окажись он панацеей, специальные «астатные» циклотроны были бы построены, но пока его считают лишь одним из многих средств.