Radioizotopy w paleontologii

Paleontologia to dziedzina biologii, którego obiektem badań są organizmy kopalne. Nauka ta formułuje wnioski ogólne dotyczące życia w przeszłości na podstawie skamieniałości oraz śladów działalności organizmów. Bardzo pomocną metodą w określaniu wieku zgromadzonych materiałów jest datowanie radioizotopowe. Do tej pory wyróżniono kilka odmian tej metody, m.in. datowanie radiowęglowe, uranowo-torowe, potasowo-argonowe.

Datowanie radiowęglowe to metoda pozwalająca na określenie wieku próbek powstałych do 50 tysięcy lat temu. Bazuje ona na izotopie węgla ¹⁴C, a dokładniej na proporcji pomiędzy radioizotopem ¹⁴C a izotopami trwałymi ¹²C i ¹³C. Datowanie z zastosowaniem radioizotopu węgla zostało opracowane przez Willarda Libby’ego i jego współpracowników w 1949 roku (Nagroda Nobla w dziedzinie chemii w 1960 roku).  Izotop promieniotwórczy węgla powstaje w górnych częściach atmosfery w wyniku reakcji neutronów, pochodzących z promieniowania kosmicznego, z atomami azotu ¹⁴N. Izotop ten zostaje następnie utleniony do dwutlenku węgla ¹⁴CO₂ i utrzymuje się wraz z CO₂ przez ok. 10 lat w atmosferze. Jednocześnie ¹⁴C zostaje wbudowany do organizmów żywych na drodze fotosyntezy. W ten sposób ustala się równowaga pomiędzy ilością atomów ¹⁴C w środowisku i w organizmach żywych (stały stosunek ¹⁴C/¹²C). W momencie śmierci organizmu ustaje pobieranie radioizotopu węgla ze środowiska, a węgiel ¹⁴C dotychczas pochłonięty zaczyna ulegać rozpadowi. Jak wynika z czasu połowicznego zaniku, po 5730 latach ilość izotopu promieniotwórczego  zmniejsza się o połowę. A zatem, na podstawie stosunku izotopu węgla ¹⁴C do całej zawartości węgla można oszacować, kiedy nastąpiło wbudowanie izotopu promieniotwórczego, czyli jaki jest wiek badanego materiału. Datowanie radiowęglowe pozwala na określenie wieku z dokładnością ± 40 lat (Walanus i Kokowski, 2010; Komosa, 2008).

Radioizotopy w medycynie

Medycyna nuklearna to dział radiologii lekarskiej, który powstał w latach powojennych. Za jej ojca uznano Johna Lawrence’a, który jako pierwszy dopatrzył się możliwości medycznego wykorzystania promieni emitowanych przez cyklotron. W 1971 roku medycyna nuklearna została oficjalnie uznana za odrębną specjalizację przez Amerykańskie Stowarzyszenie Medyczne (Williams, 1999). Dyscyplina ta jest oparta na zastosowaniu izotopów promieniotwórczych w diagnostyce oraz terapii. Wykorzystuje ona otwarte źródła promieniowania jonizującego w sposób bezpośredni lub w postaci radiofarmaceutyków – związków znakowanych radioizotopami. Izotopy stosowane w medycynie muszą spełniać pewne wymagania, m.in. muszą charakteryzować się niską energią promieniowania, posiadać stosunkowo krótki czas połowicznego zaniku, wykazywać powinowactwo do określonych tkanek i narządów oraz zdolność wiązania z substancjami chemicznymi, mieć dobrą stabilność oraz wysoką radioaktywność w stosunku do miejsc docelowych przy możliwie najniższej szkodliwości wobec zdrowych tkanek. Najczęściej stosowanymi izotopami są: technet ^99mTc, itr ⁹⁰Y, ren ¹⁸⁶Re i ¹⁸⁸Re, fosfor ³²P, stront ⁸⁹Sr.

Technet ^99mTc to metastabilny izomer technetu ⁹⁹Tc, o czasie półtrwania wynoszącym 6 godzin. Emituje on kwanty gamma o energii 140 keV. Metastabilny technet jest izotopem promieniotwórczym najczęściej wykorzystywanym do celów diagnostycznych. Dzięki określonym właściwościom fizycznym, tj. krótkiemu czasowi półtrwania (po 24 godzinach 93,7% metastabilnego technetu rozpada się do technetu ⁹⁹Tc), możliwe jest szybkie uzyskanie informacji o stanie pacjenta przy jego niskim napromieniowaniu. Jednakże, te same właściwości wykluczają zastosowanie technetu jako farmaceutyku. Ograny, które można diagnozować przy wykorzystaniu ^99mTc to m.in. tarczyca, mózg, serce, wątroba (German, 2013). 

Itr ⁹⁰Y jest emiterem β o czasie połowicznego zaniku ok. 64 godzin. Jest on stosowany w radioimmunoterapii – specjalistycznym leczeniu, w którym komórki rakowe są niszczone przez przeciwciała związane z radioaktywnym izotopem. Terapia ta pozwala na dokładny transport leku w wybrane miejsce. Każdy bowiem nowotwór (chłoniak) ma na swojej powierzchni antygeny (CD20), które są rozpoznawane przez odpowiednie przeciwciała. Ze względu na to, że zazwyczaj same przeciwciała nie są w stanie skutecznie zniszczyć komórek nowotworowych, łączy się je z radioaktywnym itrem. Pierwiastek ten rozpadając się emituje cząstki promieniowania jonizującego, które dodatkowo niszczą komórki rakowe. Ważną zaletą terapii jest mały zasięg emitowanego promieniowania (ok. 5 mm). Dzięki temu mniej zdrowych komórek ulega zniszczeniu w porównaniu ze standardową radioterapią (Jurczak i współaut., 2006). Oprócz leczenia chłoniaków, radioimmunoterapia jest stosowana do zwalczania białaczek, nowotworów jelita grubego, jajnika oraz sutka.