核素示蹤技術(shù)

核素示蹤技術(shù)2023/4/301第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一Introduction

概述放射性核素示蹤技術(shù)是核醫(yī)學(xué)診斷與研究的方法學(xué)基礎(chǔ)。核醫(yī)學(xué)任何診斷技術(shù)和方法都是建立在示蹤技術(shù)的基礎(chǔ)之上的。沒有示蹤原理就沒有核醫(yī)學(xué)。2023/4/302第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一什么是示蹤技術(shù)？

Whatistracingtechnique?什么是示蹤？什么是放射性核素示蹤技術(shù)？2023/4/303第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一1923年Hevesy212Pb→植物不同部位鉛含量

32P→磷在生物體內(nèi)代謝1952年Hershey32P、35S→DNA遺傳信息1959年Berson、Yalow→RIAMeselson、Stahl→DNA半保留復(fù)制

RNA-DNA逆轉(zhuǎn)錄、遺傳的三聯(lián)密碼、細(xì)胞周期、微量物質(zhì)測量等均離不開示蹤技術(shù)。2023/4/304第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)核素示蹤原理與特點(diǎn)2023/4/305第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一為什么用放射性核素作為示蹤劑？2023/4/306第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一35S32P35S32P子代分離蛋白質(zhì)外殼及DNA內(nèi)核，并測量放射性蛋白質(zhì)外殼無放射性，DNA上有放射性！DNA是遺傳物質(zhì)！2023/4/307第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一一、示蹤原理（Principle

）1、示蹤劑與被示蹤物有同一性（同一性）放射性核素或標(biāo)記化合物（示蹤劑）與相對應(yīng)的同位素和化合物（被示蹤物）具有相同的化學(xué)和生物學(xué)特性，同樣參與轉(zhuǎn)化過程，因此基本上能夠反映被研究物質(zhì)的行為。被標(biāo)記的物質(zhì)也能代表非標(biāo)記物的行為。2023/4/308第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一2、示蹤劑與被測物質(zhì)的可區(qū)別性（可測性）放射性核素能自發(fā)地放射出射線。利用高靈敏度的儀器可對示蹤劑進(jìn)行精確的定量、定位、定性探測。動態(tài)觀察各種物質(zhì)在生物體內(nèi)的量變規(guī)律。一、示蹤原理（Principle）2023/4/309第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一二、核素示蹤實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)靈敏度高：標(biāo)記物比放高，化學(xué)量小，作超微量分析可達(dá)ng～pg。特異性強(qiáng)：每一種檢測項(xiàng)目，都有專一的標(biāo)記物。方法簡便、準(zhǔn)確性好：核射線的測量受外界、pH、溫度等條件影響小。符合生理?xiàng)l件：體內(nèi)核醫(yī)學(xué)的各種檢查，不干擾機(jī)體內(nèi)環(huán)境，對細(xì)胞代謝無損傷。定性、定量、定位檢測和研究：除超微量分析外，與電鏡結(jié)合能進(jìn)行亞細(xì)胞水平的定位分析。2023/4/3010第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一三、基本類型1、整體示蹤2、離體示蹤3、雙（多）標(biāo)記示蹤2023/4/3011第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一四、示蹤實(shí)驗(yàn)方法學(xué)1、選擇合適示蹤劑2、選擇合適測定方法3、示蹤劑量的估算4、示蹤劑的引入途徑5、放射性樣品的制備6、數(shù)據(jù)采集2023/4/3012第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一1、選擇合適的示蹤劑（1）射線類型（2）半衰期（3）放化純度（4）衰變產(chǎn)物的毒性（5）比活度（６）核素標(biāo)記位置2023/4/3013第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一2、選擇合適的測定方法根據(jù)射線類型采用不同的測定方法β射線多用液閃測量，γ射線多采固體閃爍測量，而α射線由于其發(fā)射體核素多有毒，故不常采用。此外，還可以采用放射自顯影、動物用SPECT/PET來進(jìn)行測量。2023/4/3014第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一3、示蹤劑的估算示蹤劑用量最好是通過預(yù)實(shí)驗(yàn)來確定。原始比活度的可根據(jù)下式計(jì)算：

ACE/D>2BA：原始比活度

C：原始放射性示蹤劑用量

E：儀器的探測效率

D：稀釋倍數(shù)

B：儀器的本底2023/4/3015第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一例：靜脈注射示蹤劑，被觀察組織攝取該示蹤劑的量約占總量的1%，擬10天后取樣，在此期間示蹤劑從該組織中消失約為攝入量的90%，取樣約占該組織的10%，儀器測量效率為50%，本底為125cpm。計(jì)算：最少放射性dpm：125×2÷50%=500dpm

取樣時(shí)該組織的總dpm：500÷10%=5000dpm

初始時(shí)該組織的總dpm：

5000÷（1-90%）÷1%=5×106dpm

初始引入的示蹤劑用量：5×106÷60=83.8KBq2023/4/3016第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一4、示蹤劑的引入途徑

5、放射性樣品的制備

6、數(shù)據(jù)采集2023/4/3017第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)相關(guān)核素示蹤技術(shù)一、核素稀釋法二、物質(zhì)轉(zhuǎn)化示蹤技術(shù)三、物質(zhì)吸收、分布、排泄四、細(xì)胞動力學(xué)五、核素示蹤動力學(xué)2023/4/3018第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一一、核素稀釋法1、基本原理根據(jù)化學(xué)物質(zhì)稀釋前后質(zhì)量相等的原理，即已知比活度為S1、質(zhì)量為m1的標(biāo)記物和質(zhì)量為m2的同一種化學(xué)形態(tài)的非標(biāo)記物均勻混合時(shí)，標(biāo)記分子被非標(biāo)記物稀釋，混合物的比活度S2比S1低，混合前后總放射性相等。即：

S2（m1+m2）=S1m1

若m2>>m1，則：S2m2=S1m12023/4/3019第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一如分析對象為液體，以及稀釋前后物質(zhì)在深液中的濃度基本不變，則可用放射性濃度（如dpm/ml）代替放射性比活度，用稀釋前后的v代替質(zhì)量m，則上式可寫成：

C2（v1+v2）=C1v1

若C2>>C1，則：C2v2=C1v12023/4/3020第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一2、正稀釋法用已知量的標(biāo)記物為示蹤劑來測定未知量的非標(biāo)記物的稀釋法稱為核素正稀釋法。求m2（v2）2023/4/3021第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一例1：用放射性濃度為3×106cpm/ml的125I-HSA1ml注入一成人體內(nèi)，待平衡后取靜脈血1ml，測其放射性濃度為500cpm/ml，問該人的血容量是多少？C1=3×106cpm/mlv1=1mlC2=500cpm/ml求v2？

C2（v1+v2）=C1v1

因C2>>C1，則：C2v2=C1v13×106×1=500×v2v2=3×106/500=6000ml2023/4/3022第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一例2：欲測蛋白質(zhì)水解液中天冬氨酸的含量，將5mg比活度為17kBq/mg的標(biāo)記天冬氨酸加放水解液，混勻后分離出一部分純天冬氨酸，測得其比活度為0.37kBq/mg，求該水解液中天冬氨酸的含量。S1=17kBq/mgm1=5mgS2=0.37kBq/mgm2？

S2（m1+m2）=S1m10.37（5+m2）=17×5m2=225mg225-5=220mg

則該水解液中天冬氨酸的含量為220mg。2023/4/3023第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一2、反稀釋法用已知量的非標(biāo)記物測定樣品中標(biāo)記物含量的稀釋方法。因標(biāo)記物的量極微，或混有其他放射性雜質(zhì)，直接測量無法準(zhǔn)確獲得標(biāo)記物的量，故加入已知的非標(biāo)記物混勻后，測得放射性，運(yùn)用公式：

S2（m1+m2）=S1m1或C2（v1+v2）=C1v1，此時(shí)S1、S2、m2（C1、C2、v2）已知，求的是m1（v1）。2023/4/3024第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一3、核素稀釋法的優(yōu)點(diǎn)最大優(yōu)點(diǎn)：不需待測物質(zhì)定量回收。尤其是以下情況（1）未知物質(zhì)無法定量分離；（2）需要快速分析；（3）需分離的物質(zhì)濃度很低；（4）測量整體分布容積。2023/4/3025第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一二、物質(zhì)轉(zhuǎn)化示蹤技術(shù)示蹤劑可以與被示蹤物一樣參與機(jī)體內(nèi)的運(yùn)行、分布并參與機(jī)體的各種轉(zhuǎn)化、代謝過程。運(yùn)用各種標(biāo)記物前體，來判斷前體與產(chǎn)物之間的關(guān)系，如轉(zhuǎn)化速度、轉(zhuǎn)化部位、轉(zhuǎn)化所需條件、轉(zhuǎn)化過程、轉(zhuǎn)化影響因素等。2023/4/3026第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一1、摻入實(shí)驗(yàn)*A時(shí)間P測量有放射性無放射性A是P的前體A不是P的前體*APB放射性依次出現(xiàn)A先轉(zhuǎn)化成B，再由B轉(zhuǎn)化為P2023/4/3027第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（1）主要技術(shù)參數(shù)1）摻入百分率（相對參入量）

摻入百分率=產(chǎn)物放射性/前身物放射性×100%2）相對比活度相對比活度=產(chǎn)物的比活度/前身物的比活度×100%2023/4/3028第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一（2）應(yīng)用舉例3H-TdR摻入3H-TdRDNA淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)機(jī)體免疫功能其他增殖細(xì)胞實(shí)驗(yàn)細(xì)胞周期細(xì)胞增殖腫瘤細(xì)胞實(shí)驗(yàn)LAK細(xì)胞活性NK細(xì)胞活性腫瘤免疫+化療藥物腫瘤藥敏2023/4/3029第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一3、吸收、分布、排泄（1）物質(zhì)吸收率、吸收部位的研究（2）物質(zhì)分布與轉(zhuǎn)運(yùn)的研究2023/4/3030第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一四、細(xì)胞動力學(xué)2023/4/3031第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一細(xì)胞周期細(xì)胞周期（cellcycle）是指從一次分裂結(jié)束到下次分裂終止所經(jīng)歷的歷程，它包括細(xì)胞生長和分裂周期。通常將細(xì)胞周期分為四個(gè)時(shí)相（phase），即DNA全成期（S期）、有絲分裂期（M期）、復(fù)制前期（G1期）、復(fù)制后期（G2期）。一個(gè)細(xì)胞完成有絲分裂后，并非所有細(xì)胞都可進(jìn)入G1期，其中部分細(xì)胞不進(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期而處于“靜止”狀態(tài)，這種細(xì)胞被稱為靜止細(xì)胞或休止細(xì)胞以及G0期細(xì)胞。2023/4/3032第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一無增殖能力細(xì)胞或凋亡細(xì)胞死亡G0期G1期2nDNAS期2-4nDNAG2期4nDNAM期2023/4/3033第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一常有術(shù)語1、時(shí)間參數(shù)：

TG1：G1期持續(xù)時(shí)間

TG2：G2期持續(xù)時(shí)間

TS：S期持續(xù)時(shí)間

TM：M期持續(xù)時(shí)間

TC：一個(gè)細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間2023/4/3034第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一2、指數(shù)：

LI：標(biāo)記指數(shù)（標(biāo)記細(xì)胞在群體中所占比例）

GF：生長指數(shù)（處于增殖狀態(tài)細(xì)胞在群體中所占比例）

MI：有絲分裂指數(shù)（有絲分裂細(xì)胞在群體中所占比例）2023/4/3035第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一原理細(xì)胞動力學(xué)研究，最重要的是對細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記。胸腺嘧啶核苷（TdR）是DNA的特有前身物，處于S期細(xì)胞能攝取TdR合成DNA。將3H-TdR或14C-TdR放入實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)體系中，它只能被S期細(xì)胞攝取，而不改變DNA分子的生物、化學(xué)特性。根據(jù)探測到的3H或14C量可以了解被標(biāo)記細(xì)胞的增殖、分化和消亡規(guī)律。2023/4/3036第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期一方法（一）一次標(biāo)記一次取樣法

將3H-TdR加入細(xì)胞培養(yǎng)15—30min，洗滌后做放射自顯影，計(jì)算標(biāo)記細(xì)胞，并按公式計(jì)算標(biāo)記指數(shù)（LI）

LI=Ns/NcNs：標(biāo)記細(xì)胞數(shù)；Nc：處于細(xì)胞周期中的總數(shù)在一個(gè)穩(wěn)定細(xì)胞群體中，細(xì)胞處于某時(shí)相