檢驗(yàn)核醫(yī)學(xué)系列標(biāo)記化合物與放射性藥物定義

1、放射性標(biāo)記化合物（radionuclide labeled compound）,重慶醫(yī)科大學(xué) 彭志平,,1、定義：分子中含放射性核素原子的化合物2、分類：放射性試劑放射性藥物（診斷用放射性藥物和治療用放射性藥物）,（1）放射性試劑（radioactive agent）,（2）放射性藥物 (radiopharmaceuticals)定義： 凡引入體內(nèi)用作診斷和治療的放射性核素及其標(biāo)記化合物。,①診斷用放射性

2、藥物 (Diagnostic Pharmaceutical ),用于獲得體內(nèi)靶器官或病變組織的影像或功能參數(shù)，進(jìn)行疾病診斷的一類體內(nèi)放射性藥物。也稱為顯像劑(imaging agent)或示蹤劑(tracer)。診斷用放射性藥物多采用發(fā)射γ光子的核素及其標(biāo)記物。,診斷用藥 ——顯像劑(示蹤劑) 要求： γ射線，能量100-300Kev T1/2：10小時(shí)左右 組成： 放射性核素

3、與被標(biāo)記物 例: 99mTc – MDP 放射性核素 — 非放射性載體 (示蹤) (導(dǎo)向),②治療用放射性藥物 (Therapeutic Pharmaceutical ),能夠高度選擇性濃集在病變組織產(chǎn)生局部電離輻射生物效應(yīng)，從而抑制或破壞病變組織發(fā)揮治療作用的一類體內(nèi)放射性藥物。,治療用放射性藥物主要利用的是：放射性核素

4、發(fā)出射線產(chǎn)生的生物效應(yīng)的機(jī)制達(dá)到治療目的。,要求： β- 射線 T1/2 較長(zhǎng) 如 32P（1711 keV，14天） 131I（336 keV，8天）適宜的射線能量和在組織中的射程是選擇性集中照射病變組織而避免正常組織受損并獲得預(yù)期治療效果的基本保證。,特點(diǎn),放射性藥物的輻射作用有一定的范圍，即使不直接進(jìn)入病變細(xì)胞內(nèi)，也可對(duì)鄰近的病變細(xì)胞產(chǎn)生致死殺傷作用。由于放射

5、性藥物的選擇性靶向作用，在體內(nèi)可達(dá)到高的靶/非靶比值，明顯減少對(duì)正常組織的損傷。 放射性藥物持續(xù)照射釋放超分割的劑量，可以更有效地殺傷腫瘤和減少正常組織的損傷。,,核醫(yī)學(xué),診斷,治療,體外診斷,體內(nèi)診斷,,,,體外治療,體內(nèi)治療,,?刀,敷貼法： 90Sr, ?,表皮毛細(xì)血管瘤,60Co針：治療食道癌,,Na131I, ?，治療甲狀腺癌,32P-Na3PO4, ?, 白血病、淋巴瘤,BNCT, 10B(n,?)7Li, 腦神經(jīng)膠質(zhì)瘤,

6、,放射免疫分析,放射性自顯影,,功能測(cè)定 eg. Na131I, 測(cè)定甲狀腺功能,功能顯像,,熱區(qū)：111In-McAb, 直腸癌,冷區(qū)：11C-棕櫚酸，心肌顯像,?照相，SPECT, PET,免疫放射分析,受體的放射配基結(jié)合分析,3、應(yīng)用：,顯像藥物：,顯像劑,治療藥物,一、醫(yī)用放射性核素的來源,臨床應(yīng)用的放射性核素可通過加速器生產(chǎn)、反應(yīng)堆生產(chǎn)、從裂變產(chǎn)物中提取和放射性核素發(fā)生器（generator）淋洗獲得。,,1、加速器生產(chǎn)：

7、11C13N15O18F67Ｇa201Tl18O (p, n) 18F貧中子核素，無載體，價(jià)格高,RDS Eclipse 回旋加速器,醫(yī)用回旋加速器（cyclotron）和其它各種正電子顯像儀器的問世及推廣應(yīng)用，11C、13N、15O和18F等短半衰期放射性核素的應(yīng)用也逐年增多，在研究人體生理、生化、代謝、受體等方面顯示出獨(dú)特優(yōu)勢(shì) 。,常用的正電子放射性核素的制備,2、反應(yīng)堆生產(chǎn)：99Mo125I131I32P

8、14C98Mo(n,?) 99Mo富中子核素，有載體，價(jià)格低,3H89Sr133Xe186Re153Sm,,3、裂變產(chǎn)物提取99Mo131I 133Xe,,4、放射性核素發(fā)生器：99Mo-99mTc發(fā)生器188W-188Re發(fā)生器 82Sr-82Rb發(fā)生器68Ge-68Ga發(fā)生器81Rb-81mKr發(fā)生器,放射性核素發(fā)生器（radionuclide generator） 從放射性核素母子體系中周期性地分離

9、出放射性子體的裝置。又稱“母?！?。99Mo-99mTc發(fā)生器：99Mo（T1/2=2.7d） → 99mTc (T1/2=6h) → 99Tc,裂變型發(fā)生器： Al2O3凝膠型發(fā)生器： ZrMoO3,99Mo-99mTc 發(fā)生器,洗脫液的質(zhì)量控制99Mo含量測(cè)定99Mo可增加對(duì)病人的輻射吸收劑量、影響顯像質(zhì)量，其含量應(yīng)低于0.1%。Al含量測(cè)定Al可影響放射性藥物的標(biāo)記

10、和體內(nèi)分布，如可使某些放射性藥物在肝脾中濃聚，Al含量應(yīng)低于10 ?g/ml。,載體含量載體99Tc可由99Mo和99mTc衰變產(chǎn)生，其含量隨淋洗時(shí)間間隔和洗脫液放置時(shí)間增長(zhǎng)而增高。放化純度用快速紙層析法測(cè)定，應(yīng)＞98%。,99mTc核性能優(yōu)良，為純?chǔ)霉庾影l(fā)射體，能量140keV，T1/2為6.02 h、方便易得、幾乎可用于人體各重要臟器的形態(tài)和功能顯像。,含帶有絡(luò)合基團(tuán)的藥物、還原劑SnCl2、保證pH值的緩沖物質(zhì)、輔劑的凍干品

11、。,99Mo-99mTc 發(fā)生器配套藥盒,二、被標(biāo)記化合物的合成,被標(biāo)記物是指由有機(jī)或無機(jī)化學(xué)合成和經(jīng)藥物檢測(cè)符合人體用藥要求的“凍干品”和/或藥盒，且經(jīng)各種化學(xué)和物理檢測(cè)方法（熔點(diǎn)測(cè)定、元素分析、紅外光譜、1H和13C核磁共振譜、化學(xué)或場(chǎng)解吸質(zhì)譜及X線晶體衍射分析等）對(duì)其進(jìn)行印證。,三、放射性核素標(biāo)記技術(shù) (radionuclide labeling technique)：就是將放射性核素以一定的化學(xué)形式引入到物質(zhì)的分子之中，使之

12、成為物質(zhì)分子中的重要組成成分的一門技術(shù)。它包括放射性核素的標(biāo)記、分離、純化和鑒定等步驟。,（一）標(biāo)記常用方法,同位素交換法、化學(xué)合成法、生物化學(xué)合成法熱原子反沖標(biāo)記法。,利用不同化學(xué)狀態(tài)下，同一元素的兩種同位素之間的互相交換而制得所需標(biāo)記化合物的方法。只有在特定條件下（例：加熱、加壓或加催化劑等pH值）獲得的放射性核素標(biāo)記化合物，才能在常溫常壓下穩(wěn)定存在。,1. 同位素交換法,特點(diǎn)：,同位素交換法制備標(biāo)記化合物不需要前體，方法簡(jiǎn)

13、便，易于操作，適宜于稀有、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)化合物的標(biāo)記。但總體來說，較難制得高比活度標(biāo)記化合物，其穩(wěn)定性也較差。,2. 化學(xué)合成法,定義：通過各種化學(xué)反應(yīng)，將放射性核素引入到待標(biāo)記化合物特定位置上的標(biāo)記方法。是制備標(biāo)記化合物的主要方法。,原則上凡能用化學(xué)合成法制備的各種化合物也可用相同的方法制備標(biāo)記化合物，二者原理相近，但也有差別。不同之處在于：①合成的路線可能不同。②合成所需要的前體常需自行合成。③需要考慮放射性核素標(biāo)記的位

14、置。④為了提高放射性核素利用率，常在合成的最后一、二步引入放射性核素。,特點(diǎn)：,化學(xué)合成法能制備高比活度的標(biāo)記化合物，標(biāo)記位置明確，穩(wěn)定性佳，產(chǎn)品易于純化。,3. 生物合成法,利用生物的生理代謝或離體酶的生物活性將簡(jiǎn)單的放射性物質(zhì)在活體內(nèi)或試管中轉(zhuǎn)化成為具有生物活性的放射性核素標(biāo)記化合物。生物合成法包括全生物合成法和酶促合成法兩類。前者是利用生物整體或某一器官的生理活動(dòng)在活體內(nèi)進(jìn)行的合成，后者則利用生物組織中某一種或幾種酶在試管中參

15、加生化反應(yīng)來制備標(biāo)記化合物。,特點(diǎn)：,生物合成法 可以制備一般的化學(xué)合成法難于合成的生物活性物質(zhì)，例如特定的旋光異構(gòu)體等。以 14C－CO2 作為唯一的碳源在密閉的有光照的容器里培養(yǎng)植物（藻類等）合成碳水化合物和蛋白質(zhì)（可得到有活性的L型氨基酸光學(xué)異構(gòu)體）不能定位標(biāo)記，比活度低。,利用核反應(yīng)產(chǎn)生放射性核素的高動(dòng)能作用與有機(jī)化合物分子發(fā)生反應(yīng)，生成放射性核素的標(biāo)記化合物 例如：3He(n,p)3H; 14N(n,p)14C等反應(yīng)中生

16、成的放射性核素取代有機(jī)化合物分子中相應(yīng)的穩(wěn)定性原子。,,4、熱原子反沖標(biāo)記法,（二）幾個(gè)常用的概念,放射化學(xué)純度(radiochemical purity) 是指以一定化學(xué)形式存在的放射性核素標(biāo)記化合物的放射性活度占樣品的總放射性活度的百分比。,2. 放射核素純度(radionuclide purity) 是指以某一放射性核素活度占標(biāo)記化合物體系中的總放射性活度的百分比。,3. 放射性濃度（radioact

17、ive concentration） 是指單位體積的溶液中含有的放射性活度，以Bq/L或Bq/ml表示。,4. 同位素標(biāo)記與非同位素標(biāo)記同位素標(biāo)記（isotopic labeling） 利用與分子中原有原子相同元素的放射性同位素所進(jìn)行的標(biāo)記。同位素標(biāo)記所產(chǎn)生的放射性標(biāo)記化合物可保持原有化合物的性質(zhì)。非同位素標(biāo)記(non-isotopic labeling） 向分子中引入的放射性核素不是物質(zhì)分

18、子中固有核素的同位素的標(biāo)記。,四、蛋白質(zhì)/多肽的碘標(biāo)記技術(shù),基本原理：將離子碘氧化成單質(zhì)碘，單質(zhì)碘與蛋白質(zhì)或多肽分子中的酪氨酸、組氨酸或色氨酸殘基上的苯環(huán)或咪唑環(huán)反應(yīng)，取代上面的氫，形成放射性碘標(biāo)記化合物。環(huán)烴比直鏈烴易標(biāo)記。根據(jù)氧化劑的不同，分成各種碘標(biāo)記方法。,常用125I,碘標(biāo)記容易，在一般的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)即可進(jìn)行。125I 半衰期60d，足夠標(biāo)記生產(chǎn)，運(yùn)輸，使用，有足夠的貨架期。125I 放出X線和γ射線，測(cè)量容易。125I

19、 放出俄歇電子，可做病變組織局部?jī)?nèi)放射治療。,（一）直接標(biāo)記法1. 氯胺-T法,原理：氯胺-T（Chloramine-T），化學(xué)名叫：N-氯代對(duì)甲苯磺酰胺鈉鹽，是一種較溫和的氧化劑，在水溶液中水解產(chǎn)生次氯酸，次氯酸可使碘的陰離子氧化成碘分子（單質(zhì)碘），后者可與蛋白質(zhì)或多肽分子上的酪氨酸等殘基反應(yīng)得以進(jìn)行碘標(biāo)記。,標(biāo)記實(shí)例：放射性碘標(biāo)記VIP蛋白質(zhì),方法：20℃條件下，在1.5ml錐形離心管內(nèi)依次加入以下試劑：（1）50mmol

20、/L 蛋白質(zhì)5μl (pH 7.5) (含蛋白質(zhì)5μg）（2）0.3mol/L磷酸緩沖液(pH 7.5)25μl，（3）Na125I溶液37MBq，（4）新鮮配制的氯胺T水溶液4μl(4μg)， 充分混勻反應(yīng)40-50秒，終止反應(yīng)：加新鮮配制的偏重亞硫酸鈉水溶液4μl(8μg) ，標(biāo)記混合物立即進(jìn)行分離純化:在硅膠薄板上層析,展開劑為氯仿:甲醇=7:3，計(jì)算碘標(biāo)記率，根據(jù)直接法計(jì)算標(biāo)記

21、VIP的比活度。葡聚糖凝膠拄分離標(biāo)記蛋白和未標(biāo)記的游離放射性碘,2. 乳過氧化物酶法（LPO）原理：過氧化物酶法是以過氧化物酶作為催化劑和微量H2O2作用，放出新生態(tài)氧，從而將離子碘（I-）氧化成單質(zhì)碘，由此標(biāo)記蛋白或多肽分子，這樣的標(biāo)記也稱之為酶促標(biāo)記。過氧化物酶有多種，常用的過氧化物酶是乳酸過氧化物酶，其次是葡萄糖氧化酶。乳酸過氧化物酶，它適應(yīng)的pH值較寬（4.0-8.5），用量較少，一般僅為蛋白用量的1%，H2O2的用量很

22、微，常將H2O2配制成0.01mol/L的溶液，標(biāo)記反應(yīng)時(shí)，取8-10μl即可。此類標(biāo)記反應(yīng)的終止常采用巰基乙醇或稀釋的方法。,3. 固相氧化法,原理：本法是將氧化物或過氧化物酶制成固體狀顆粒，以固體的形式進(jìn)行液-固氧化反應(yīng)，使反應(yīng)產(chǎn)物易于分離。應(yīng)用較為廣泛的固相氧化法是Iodogen法。Iodogen是一種氧化劑，與氯胺-T同屬氯酰胺類，對(duì)I-離子的氧化反應(yīng)原理相同。,標(biāo)記實(shí)例：蛋白質(zhì)標(biāo)記,方法1：①蛋白質(zhì)2-5?g溶于磷酸緩

23、沖液10-25?l中，加入Na125I 1mCi (10?l )、乳過氧化物酶溶液25ng (10?l )、H2O2 200ng (10?l )；②室溫反應(yīng)10-30min后，加入0.5ml 10mmol/L巰基乙醇以停止反應(yīng)；③10min后，加入NaI載體溶液1ml ，按常規(guī)方法分離純化。,方法2：用二氯甲烷溶解Iodogen，涂布到反應(yīng)試管壁上，待二氯甲烷揮發(fā)后，管壁上留下一層Iodogen薄膜，可用于碘化標(biāo)記反應(yīng)。標(biāo)記時(shí)，

24、加入反應(yīng)緩沖液約20μl（0.25mol/L pH 7.4 磷酸緩沖液），蛋白質(zhì)或多肽樣品液約10μl，混勻后加入約10μl的放射性碘化鈉溶液，反應(yīng)10分鐘后，將反應(yīng)液倒出或稀釋即可終止反應(yīng)。,(二) 間接標(biāo)記法（聯(lián)接標(biāo)記）,,碘可標(biāo)記核酸，蛋白質(zhì)，膽固醇，受體，配體等,五、99mTc標(biāo)記 99mTcO4- 還原 99mTc+1~+5 藥物：帶有或引入絡(luò)合基團(tuán)。,,1.

25、 直接標(biāo)記法藥物（絡(luò)合劑）+ 99mTcO4- +SnCl2 適宜條件 99mTc-藥物+少量99mTcO4-+少量 99mTc-Sn膠體,,單克隆抗體的標(biāo)記,,2. 配體交換法,,99mTcO4-/H2O,99mTcL,99mTcL1,,,,L+還原劑,L1+還原劑,L,3. 間接標(biāo)記法,雙功能絡(luò)合劑：含有一個(gè)可與金屬離子絡(luò)合的基團(tuán)和可與抗體共價(jià)結(jié)合的基團(tuán)。cDTPA、HYNIC（肼基聯(lián)氨基煙酰胺）、M

26、AG3,,,六、放射性銦111In標(biāo)記,1. 直接標(biāo)記 銦的最穩(wěn)定的價(jià)態(tài)是＋3價(jià)，可以與含配位基團(tuán)的分子絡(luò)合，形成配位數(shù)為6(少數(shù)為5)的絡(luò)合物。2. 間接標(biāo)記 通過雙功能螯合劑進(jìn)行標(biāo)記，一般用于單克隆抗體與多肽的標(biāo)記。常用DTPA雙環(huán)酐 ( CDTPA ) 作為雙功能螯合劑，但在體內(nèi)放射性銦容易脫落而濃聚在肝中。,1、放射性雜質(zhì)的來源 ：標(biāo)記和貯存中產(chǎn)生。貯存過程中產(chǎn)生放射性雜質(zhì)的原因主要是輻射自分解。因此

27、，放射性核素標(biāo)記產(chǎn)物，必須進(jìn)行必要的純化，使用前也應(yīng)進(jìn)行放射化學(xué)純度的監(jiān)測(cè)，根據(jù)有無分解進(jìn)行純化。,七、放射性標(biāo)記化合物的純化、鑒定,2、標(biāo)記物的純化：最常用的有效方法是色譜法，或叫層析法。主要有柱層析、薄層層析和紙層析，凝膠過濾法，高效液相色譜和氣相色譜也是目前常采用的方法。其次還有透析法和電泳法等。,（1）紙層析（paper chromatography, PC）純化：紙層析是以層析紙作為固定相，以適當(dāng)?shù)恼归_劑作為流動(dòng)相，當(dāng)

28、樣品隨著流動(dòng)相從點(diǎn)樣的下端沿著纖維素分子上行時(shí)，由于樣品組分的性質(zhì)不同，在固定相上的吸附能力和在流動(dòng)相中的溶解度的不同，各個(gè)組分在固定相上的移動(dòng)距離也就不同，從而使各個(gè)組分能有效地分開。,固定相：Whatmman 1#、2#、3#，新華濾紙1#、2#、3#流動(dòng)相（展開劑）原理：樣品中的各組分在固定相和流動(dòng)相中分配系數(shù)不同。常用比移值Rf來表示各組分移動(dòng)的相對(duì)速度。Rf ( rate of flow , 比移值 )＝溶質(zhì)移動(dòng)的距

29、離/溶劑移動(dòng)的距離＝原點(diǎn)至樣品中某組分的距離/原點(diǎn)至溶劑前沿的距離,產(chǎn)品的放射性計(jì)數(shù)放射化學(xué)純度 (%) = 放射性總計(jì)數(shù),,,,,,.,,,,,,,,,,,,.,,,,,,,,,,紙層析示意圖,,（2）薄層層析純化：基本原理因固定相的不同而異。例如：硅膠或氧化鋁作為固定相的分離原理是根據(jù)各個(gè)組分吸附力和分配系數(shù)的不同；離子交換樹脂作為固定相的分

30、離原理是根據(jù)各個(gè)組分離子荷電性質(zhì)和數(shù)量的不同；聚酰胺作為固定相的分離原理是根據(jù)各組分的氫鍵吸附能力的不同。所以，應(yīng)該根據(jù)待分析的物質(zhì)的性質(zhì)，選用相應(yīng)的固定相和展開劑。 Rf在0-1之間。在同一層系系統(tǒng)和同一展開劑條件下，某物質(zhì)的Rf值總是保持不變的。,（3）凝膠過濾層析 常用的葡聚糖凝膠是一種網(wǎng)狀多孔的分子篩，小分子物質(zhì)可以進(jìn)入凝膠粒子的網(wǎng)孔內(nèi)部，而分子較大的物質(zhì)則進(jìn)不去，只能沿著凝膠粒子間的間隙下行。因此，在洗脫

31、過程中，大分子物質(zhì)由于行程短而被最先洗脫出來；相反，分子小的物質(zhì)推進(jìn)較慢，最后才被洗脫出來，從而達(dá)到分離的目的。 凝膠過濾法是一種高效、溫和的純化方法，適用于分子量相差較大的物質(zhì)分離，對(duì)于放射性碘標(biāo)記蛋白和肽類混合物的純化是比較適用的。,3、標(biāo)記物的鑒定,放射性核素標(biāo)記化合物分離純化后，要進(jìn)行放射化學(xué)純度和生物或免疫活性的鑒定。,（1）放射化學(xué)純度的測(cè)定,常用的方法有：放射性紙層析或薄層層析法，放射性高效液相層析法和放射性凝

32、膠電泳法。其中，放射性凝膠電泳法常用于蛋白質(zhì)和多肽的放射化學(xué)純度鑒定，聚丙烯酰胺凝膠電泳是常見的凝膠電泳方法。凝膠電泳除了一般的電泳分離的電荷效應(yīng)外，還兼有凝膠的分子篩效應(yīng)，因此，在聚丙烯酰胺凝膠電泳中，各種蛋白質(zhì)的遷移率取決于它們的凈電荷多少，以及分子的大小和形狀等因素。,（2）生物活性的鑒定,生物活性和免疫活性的鑒定，需要根據(jù)標(biāo)記化合物的生物性質(zhì)，以及示蹤實(shí)驗(yàn)的具體要求而定，可進(jìn)行特異性結(jié)合試驗(yàn)和生物特性測(cè)定。例如：受體的生物

33、活性可通過受體與配體的結(jié)合率以及受體特性來說明?？贵w生物的活性可通過抗原抗體結(jié)合率的測(cè)定來比較。,4、標(biāo)記物的質(zhì)量控制,性狀（1）物理性質(zhì)檢測(cè) 放射性活度 放射性核純度,,,,定義：指特定放射性核素的放射性占總放射性的百分?jǐn)?shù)。測(cè)定方法： 能譜法

34、 屏蔽法 半衰期法,放射性核純度,pH值（2）化學(xué)性質(zhì)檢測(cè) 化學(xué)純度 放射化學(xué)純度,,,,(一) 紙層析法（paper chromatography, PC）(二）薄層色譜法（TLC） 固定相：硅膠板(三）高效液相色譜（HPLC）