Ag-111 radiopharmaceutical development in the context of the ISOLPHARM project: from radionuclides production to preclinical studies

Ag-111 is a radionuclide with promising features for nuclear medicine, particularly as a precursor for theranostic radiopharmaceuticals intended for Targeted Radionuclide Therapy. Preclinical studies, which are essential to assess the suitability of a radiopharmaceutical for its intended clinical application, are being conducted within the framework of the ISOLPHARM project. This project involves a wide collaboration of institutes and researchers, coordinated by the National Laboratories of Legnaro of the National Institute for Nuclear Physics (INFN-LNL). At this site, the SPES facility will host the production of Ag-111 via the ISOL technique. Thanks to a resonant ionisation laser ion source and a mass separation stage, the produced radionuclides can be collected with high specific activity. The work described in this thesis contributed to the development and installation of the experimental setup for the collection of the radionuclide. In parallel with the production activities, preclinical studies on Ag-111 were also carried out. To support these studies, two custom imaging devices were designed and built: one is sensitive to beta radiation and the other one to gamma radiation. These instruments were specifically tailored to the decay characteristics of Ag-111, to fully exploit its imaging potential. Their development was further supported by the creation of corresponding digital twins using the Geant4 simulation toolkit.

Ag-111 è un radionuclide con caratteristiche interessanti nel campo della fisica medica, in particolare come precursore di un radiofarmaco per la radioterapia metabolica. Nel contesto del progetto ISOLPHARM, sono in corso studi preclinici con questo radionuclide, allo scopo di validare un possibile radiofarmaco che possa essere utilizzato in ambito clinico. Il progetto si basa su una ampia collaborazione di istituti e ricercatori ed è coordinato dai Laboratori Nazionali di Legnaro dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN-LNL). In questi laboratori si trova la struttura SPES, che ospiterà la produzione di Ag-111 tramite tecnica ISOL. Grazie a una sorgente di ioni basata su laser risonanti e a un selettore di massa, i radionuclidi prodotti potranno essere raccolti con una alta attività specifica. Il lavoro descritto in questa tesi ha contribuito allo sviluppo e all'installazione del setup sperimentale per la raccolta dei radionuclidi. In parallelo alle attività sulla produzione dei radionuclidi, sono stati condotti studi preclinici riguardanti Ag-111. Al fine di supportare questa tipologia di studi, due dispositivi di imaging sono stati disegnati e costruiti: il primo è un beta detector sensibile alla radiazione carica mentre il secondo è una gamma-camera, per i raggi gamma. Questi strumenti sono stati progettati seguendo le caratteristiche tipiche del decadimento di Ag-111, con lo scopo di sfruttarne appieno il potenziale come tracciante. Lo sviluppo di questi dispositivi è stato supportato dalla creazione di due corrispondenti gemelli digitali, realizzati usando il software Geant4 per simulazioni Monte Carlo.