放射性核素示蹤技術(shù)在生物醫(yī)學中的應(yīng)用

1、放射性核素示蹤技術(shù)在生物醫(yī)學中的應(yīng)用解決的關(guān)鍵問題、同位素示蹤法根本原理和特點或穩(wěn)定性核素及它們的化合物 應(yīng)一般元素及其化合物之間的化學性質(zhì)和生物學性質(zhì)是一樣的，只是具有不同的核物理性 質(zhì)。因此，就可以用同位素作為一 標記，制成含有同位素的標記化合物如標記食物， 藥物和代謝物質(zhì)等 物理性質(zhì)，就可以用核探測器隨時追蹤它在體內(nèi)或體外的位置、 量及其轉(zhuǎn)變等，穩(wěn)定性同層 析儀，核磁共振等質(zhì)量分析儀器來測定。放射性同位素和穩(wěn)定性同位素都可作為示蹤劑tr acer，但是，穩(wěn)定性同位素作為示蹤劑其靈敏度較低，可獲得的種類少，價格較昂貴，其 地定量，準確地定位及符合所爭辯對象的生理條件等特點：靈敏度高放射性示

2、蹤法可測到10-1410-18 克水平，即可以從1015非放射性原子中檢出一108-107 倍，而迄今最準確的化學分析10-12 克水平。方法簡便放射性測定不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許 簡單的物質(zhì)分別步驟，體內(nèi)示蹤時，可以利用某些放射性同位素釋放出穿透力強的r 射線，在體外測量而獲得結(jié)果， 就 大簡化了試驗過程，做到非破壞性分析，隨著液體閃耀計數(shù)的進展，14C 3H 等放射射線的放射性同位素在醫(yī)學及生物學試驗中得到越來越廣泛的應(yīng)用。定位定量準確放射性同位素示蹤法能準確定量地測定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變,與某些形態(tài)學技術(shù)相結(jié)合如病理組織切片技術(shù)，電子顯微鏡技術(shù)等，器官中的定量分布，并且對組

3、織器官的定位準確度可達細胞水平、亞細胞水平乃至分子水平。符合生理條件 保持 全防護措施和條件，在目前個別元素如氧、氮等還沒有適宜的放射性同位素等等。在作 或是穩(wěn)定性同位素與相應(yīng)的一般元素之間存在著化學性質(zhì)上的微小差異所引起 比較 3H 1H 的三倍，2H 1H 的兩倍，當用氚水3H2O作示蹤劑時，它在一般H2O 中的含量不能過大，否則會使水的物理常數(shù)、對細胞膜的滲透及細胞質(zhì)粘性等都會發(fā)生作用全劑量，嚴格把握在生物機體所能允許的范圍之內(nèi)，以免試驗對象受輻射損傷，而得錯誤的結(jié)果。二、示蹤試驗的設(shè)計原則設(shè)計一個放射性同位素的示蹤試驗應(yīng)從試驗的目的性求有效的、可重復的測定放射性強度的條件，二是必需選擇

4、一個適宜的比活度q單位是原子時間分子，dpmmol 或 cimol。其中，-ddt為該處放射性原子核的衰變常數(shù)。q nn個該化學形式分子為個放射性原子所標記。nn 表n與總分子數(shù)標記的加未標記的n 之比。承受放射性同位素示蹤技術(shù)來實現(xiàn)所爭辯課題預期射性廢物處理三個步驟。一試驗預備階段示蹤劑的選擇選定放射性示蹤劑的比活度q 的值必需足夠大，以保證明驗所需要的靈敏度，而又要長短，來選擇具有適宜的衰變方式，輻射類型和半衰期，且放射毒性低的放射性同位素。至今已確定的放射性核素包括自然的58 種和人工制造的約 1300 種，其中大多數(shù)不常能用作放及其四周的那些元素的化學性質(zhì)，由于它們有可能成為此放射性同

5、位素的雜質(zhì)。經(jīng)過或不經(jīng)過中間狀態(tài)種形式的能量輻射，如、-、+、X 放射等。在選擇示蹤劑時，示蹤試驗人員要認真核能級的兩條水平線之間和距離表示能量差，或表示能級同伴隨原子序數(shù)增或削減的能量，表示 的放射性同位素，使 足夠需要持續(xù)的時間t 相適應(yīng)，如對于某個試驗，t0.04 時，應(yīng)所選放射性同位素的衰變3.5；而t0.10 時，應(yīng)選放射性同位素的衰變校正為6.6。t0.15 時，10。 r 射線物放射性同位素，假設(shè)試驗周期長，如需要將動物活殺后對組織臟器分別測定的，則應(yīng)選用半衰期較長放射性同位素。此外，依據(jù)試驗?zāi)康膩磉x用定位的或不定位的標記示蹤劑， 例如爭辯氨基酸的脫羧反響，14應(yīng)標記在羧基上，只

6、有這種定位標記的氨基酸，才能在 脫14CO2。而有些試驗不要求特定位置標記，只須均勻標記即可。期間、貯存期間以用試驗體系中所使用的溶劑生化學雜質(zhì)、放射不“純”，而或多或少影響試驗的結(jié)果，甚至會導致錯誤結(jié)論。 氚標記的胸腺嘧啶核苷3HTdR和尿嘧啶核苷3HUR是兩種常用的示蹤劑，前者有效地結(jié)合到DNA 中，后者則摻入到RNA 中，它們的輻射分解速度隨比較放射性的增高及保存時間的延長而增加，在不同溫度和不同溶液中的穩(wěn)定性也不同。經(jīng)保存八年的3H-TdR 約有 35輻射分解為 3 H胸腺水合物大分很可能是蛋白質(zhì)結(jié)合，而不是與DNA RNA 相結(jié)合，這些雜質(zhì)用DNA 酶和RNA 酶處理 -20的冷凍溶

7、液中輻射分別速度要比+2增加 34 倍，但低溫度-140對貯存也有利，在允許對示蹤試驗人員在選擇保存放射性示蹤劑時會有所啟發(fā)。放射性同位素測量方法的選擇測量方法的選擇取決于射線種類，對于 射線通?？捎昧蚧\晶體、電離室、核乳膠等方法探測；對能量高的 射線可用云母窗計數(shù)管、塑料閃耀晶體及核乳膠測定，對于能量低的 射線可用液體閃耀計數(shù)器測量：對于 射線則用G-M 計數(shù)管，碘化鈉鉈閃耀晶體探測。目前大多數(shù)試驗室主要承受晶體閃耀計數(shù)法和液體閃耀計數(shù)法兩種測量方式。同一臺探測儀器對不同量的示蹤劑具有不同的最正確工作條件或選用該同位素的標準源性能處于穩(wěn)定牢靠的狀態(tài)。探測最正確工作條件的選擇方法：一種是測“

8、坪曲線”，另一種是找最好的品質(zhì)因素。對于 光電倍增管，在理論上不存在“坪”plateau。但隨著高壓的增加，在肯定范圍內(nèi)，脈沖數(shù) 射源，依據(jù)其射線能量的大小，初選 一個寬闊器增益放大倍數(shù)和甄別器閾值。不斷地轉(zhuǎn)變高壓由低到高，均勻增加伏度，放 大倍數(shù)不變下的高壓計數(shù)率曲線，這樣反復多作幾條曲線。必要時，還可固定甄別閾值， 轉(zhuǎn)變“坪”比較平坦的曲線工作條件：甄別閾值和放 大增“坪”中點偏向起始段一邊相 應(yīng)的是儀器的計數(shù)效率E 和本底計數(shù)Nb 的函數(shù)： 品質(zhì)因素F=E2Nb 它是衡量一臺計數(shù)器性能的指標，儀器的品質(zhì)因素F 應(yīng)當越大越好，品質(zhì)因素F 越大，表示測量效率E 越高而本底Nb f 來代替。

9、相品質(zhì)因素f=nsnb 式中ns 指某種放射性樣品的計數(shù)率。找最好品質(zhì)因素的方法與測坪曲線一樣，作出幾條高壓F或 f的關(guān)系曲線，在幾條曲線中選擇峰值最高的曲線。這根曲線的峰值所對應(yīng)的條件：高壓，甄別閾，放大倍數(shù)等，就是該儀器對被測同“坪”“坪”“坪” 的下端。著眼于把同位素的整個能譜峰都計下來的示蹤試驗者主見取“坪”所對應(yīng)的工作條 件，而著眼于優(yōu)值者，主見取最正確品質(zhì)因素所對應(yīng)的工作條件，也有人折衷。假設(shè)某儀器本底能不問被測同位素的種類，而千篇一律地使用同一個工作條件。 樣品數(shù)量少，選擇tN=1.4tb的比例式中tN為樣品放射性測量時間，tb為本底測量時間較為合理；假設(shè)樣品數(shù)量較多是一大批樣品

10、，則延長本底測量時間tb，取tb 的時間均值， 而 tN 則可相對短，這樣可節(jié)約時間，有利于縮短試驗周期。對于示蹤試驗設(shè)計來說，樣品中所含放射性強度的要求，是使其放射性計數(shù)率大于或等于本底計數(shù)的1020倍。進展非放射性的模擬試驗，把試驗全過程預演一遍 藥品是否合格，又可以操作人員進展訓練，以保證正式試驗?zāi)茼槷斶M展。二正式試驗階段選擇放射性同位素的劑量 地蓄積相關(guān)部位對示蹤劑的蓄積率來考慮示蹤劑用量。在細胞培育反響時間及反響體積的不同來考慮示蹤劑的用量，通常小于一個微居里或幾個微居里。 由于放射性maximun permissible dose，以免因劑量過大所造成的輻射效應(yīng)，給試驗帶來較大的誤

11、差。選擇示蹤劑給入途徑吸取 試驗設(shè)計的試驗步驟的某個環(huán)節(jié)參加肯定劑量的示蹤到反響系統(tǒng)放射性生物樣品的制備依據(jù)試驗?zāi)康暮褪聚檮┑臉擞浄派湫酝凰氐男再|(zhì)制備放射性生物樣品 r ，只要定量地取出被測物放入井型NaITL 射線的示蹤劑體閃耀儀內(nèi)測定，或用鐘罩型蓋一革計數(shù)管探測；假設(shè)標記同位素僅釋放軟 射線，那么樣品應(yīng)制成液體閃耀樣品詳見放射性測量”一章，在液體閃耀計數(shù)器內(nèi)測量。不管采 用何種測量方法，都應(yīng)當對樣品作定量采集。對某些放射性分散的樣品，應(yīng)當作適當濃集， 如測定組織內(nèi)蛋白質(zhì)灰化法，但灰化法對易揮發(fā)的同位素或易揮發(fā)的組織樣品不適宜。放射性樣品的測量 幾率、反散射、 量，不追求它的實際衰變率。在

12、一般的示蹤試驗中，大多承受相對測量的方法，比較樣品間 3H 標記物的放測窗遠近，樣品都應(yīng)置于探測窗的垂直軸線上，以削減樣品與探測窗之間的相對立體角。三放射性去污染和放射性廢物處理 過程進展中，就要作除污染和清理放射性廢物的工作。三、同位素示蹤法在生物化學和分子生物學中的應(yīng)用放射性同位素示蹤法在生物化學和分子生物學領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛 生命活動 析，電子顯微鏡 遺傳密碼、細胞 膜受體、RNA-DNA 逆轉(zhuǎn)錄等，使人類對生命根本現(xiàn)象的生疏開拓了一條的途徑。下面僅就同位素示蹤技術(shù)在生物化學和分子生物學中應(yīng)用的幾個主要方面作一介紹。物質(zhì)代放謝的爭辯 標記物作示蹤劑分析這些物質(zhì)中同位素含量的變化，就可以知道

13、它們之間相互轉(zhuǎn)變的關(guān)系， 還能分辯出誰是前身物，誰是產(chǎn)物 ，分析同位素示蹤劑存在于物質(zhì)分子的哪些原子上，可以膽固醇物的方法，提醒了膽固醇A乙酸36 步化學反響，在鯊烯與膽固醇之間，就有二十個中間物，膽固醇的生物合成途徑可簡化為：乙酸甲基二羥戊酸膽固醇 又如在爭辯肝臟膽固醇的來源時，用放射性同位素標記物 3H膽固醇作靜脈注射的示蹤試驗說明，放射性大局部進入肝臟，再消滅在糞中，且甲狀腺理血膽固醇含量的機理，在于它對血漿膽固醇向肝臟轉(zhuǎn)移過程的加速作用。物質(zhì)轉(zhuǎn)化的爭辯轉(zhuǎn)化爭辯 中，一般都承受用離體酶學方法，但是離體酶學方法的爭辯結(jié)果，不肯定能代表整體狀況， 胞體系的狀況下都可應(yīng)用，操作簡化，測定靈敏度

14、提高，不僅能定性，還可作定量分析。 在說明核糖苷酸向脫氧核糖核苷酸 GMP的堿基和核糖上分別都標記上 1 4C，在離體系統(tǒng)中使之參入脫氧鳥嘌呤核苷酸dGMP，然后將原標記物和產(chǎn)物被雙標記 GMP 摻入的dGMP戊糖的放射性，結(jié)果覺察它們的兩局部的放射性比值根本相等，從而證明白產(chǎn)物 dGMP 的戊糖就原標記物GMP的戊糖，而沒有別的來源，否則產(chǎn)物dGMP的堿基和核糖的比值肯定與原標記物 GMP 脫氧核糖核苷上脫內(nèi)的轉(zhuǎn)3H-dTTP為前身物作DNA 摻入的示蹤試驗，按肯定的試驗設(shè)計摻入后，測定產(chǎn)物DNA 的放射性，作為合成的DNA的檢出指標。動態(tài)平衡的爭辯說明生物體內(nèi)物質(zhì)處于不斷更的動態(tài)平衡之中生

15、命科學的 釋法求也。生物樣品中微量物質(zhì)的分析在放射性同位素示蹤技術(shù)被應(yīng)用之前功能進展、應(yīng)用愈來愈廣泛的放射免疫分析radioimmunoassay技術(shù)是一種超微量的分析方 300 多種，其中激素類居多，包括類固醇激素，多肽類激素，非肽類腫瘤相關(guān)的抗原，抗體以及病原體，微量藥物等其它物質(zhì)。最近鄰序列分析法Nearest neighbour-sequence analysis method，從 DNA 復制、RNA 轉(zhuǎn)錄到蛋白質(zhì)翻譯素示蹤技術(shù)結(jié)合酶切理論和統(tǒng)計學理論，爭辯證明白DNA 分子中堿基排列規(guī)律，在體外作合成DNA 32P 標記脫氧核苷三磷酸，32P 標記在戊糖 5”C 的位置上，在完全條

16、件下合成后，用特定的酶翻開5”CP 鍵，使原堿基上通過戊5”C 32P 移到最鄰近的另一單核苷酸3”C 上 。用最近鄰序列分析法首次提出了DNA 復制與RNA T2-DNA為模板制成32PRNAT2-DNA 和其它一些DNA 參加此32PRNA DNA 雙鏈翻開，并溫育，用密度梯度離心或微孔膜分別出DNA-32PRNA復合體測其放射性，試驗結(jié)果只有菌體T2 DNA 能與該32PRNA形成放射性復合體。從而證明白RNA 與 DNA 模板的堿基呈特別配對的互補關(guān)系，用分子雜交技術(shù)還證明白從RNA 到DNA 的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象。此外，放射性同位素示蹤技術(shù)對分關(guān)系；RNA 中的遺傳信息如何通過核苷酸的排列挨

17、次向蛋質(zhì)中氨基酸傳遞的爭辯等等。為了更好地應(yīng)用放射性同位素示蹤技術(shù)外，關(guān)鍵還在于有科學依據(jù)的設(shè)想和制造性的試驗設(shè)計以及各種技術(shù)的綜合應(yīng)用。給人體注射無害的放射性鈉-24半衰期 15.03 小時溶液，可以進展人體血液循環(huán)的示蹤試驗。131，然后定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的器質(zhì)性和功能性疾病碘-131 在甲狀腺癌切除術(shù)后患者的應(yīng)用核醫(yī)科張白容、張賴升平醫(yī)師131I 一般用于甲狀腺癌(thyroidcancer)及甲狀腺機能亢進(hyperthyroidism)的診斷和治療，普遍獲得醫(yī)學界的使用。由于 131I 的加馬能量(364keV)比傳統(tǒng)核醫(yī)藥物常使用的 99

18、mTc(140keV)能量為大，且在治療上所使用的活度較高，從30mCi200mCi，物理半衰期8 天較一般診斷用的放射性核種為長(99mTc，1/2=6.02hr)131I 治療后會有并發(fā)癥發(fā)生。有報告指出，在切30mCi 131I 的甲狀腺炎發(fā)生。間或會喪失食欲，以及惡心、嘔吐的輻射病癥產(chǎn)生，但是在131I 131I 治療的甲狀腺癌轉(zhuǎn)移131I 的治療和術(shù)后追蹤仍是最普遍的選擇。131I 后會以生物半衰期與物理半衰期之整合與正常人有很大的不同，而成為一個值得爭辯的主題，也是本爭辯的動機。(activetransportuptake)后進入甲狀腺濾泡細胞。碘離子先氧化成碘化物，再經(jīng) 131I

19、 可射出 和 輻射，其主要的光子能量分別是 0.284MeV、0.364MeV、0.637MeV、0.723MeV 粒子在組織內(nèi)之行程平均為 0.5mm，一般用于甲狀腺癌以及甲狀腺亢進等疾病的131I 在甲狀腺可造成極高活度的積存，組織細胞中細胞核內(nèi)的DNA 粒子的游離輻射而損壞，使細胞無用 131I 來破壞手術(shù)后剩余甲狀腺組織稱為摘除(ablation)。一般使用的劑量 30200mCi30mCi 以下稱為低劑量摘除，大于 30mCi 稱為高劑量摘除。依據(jù)30mCi 以上，則必需住院隔離。原則為能到達全部摘除 (totalablation)效果的最小劑量，常被使用的劑量為30mCi、75mCi、100mCi 等。劑量的選擇主要依據(jù)原發(fā)腫瘤大小、數(shù)目、有否莢膜侵害、血管侵害、淋巴轉(zhuǎn)移等。有上述情形者，考慮使用高劑量 131I，假設(shè)131I131I 全身掃描頸部攝1%710 天后需再做一次全身掃描( 稱為 post-therapeuticwholebodyscan)