Zastosowanie radioizotopów w naukach biologicznych

Izotopy renu są stosowane zarówno w celach diagnostycznych, jak i leczniczych. ¹⁸⁶Re to emituje cząstki β o energii 939,4 keV (21,5%) i 1076,6 keV (71,6%), a także kwanty γ o energii 137,15 keV (8,6%) i 123 keV (1,8%). Jego czas półtrwania wynosi 3,7 dnia. Jest on wykorzystywany w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów czy zapalenia kostno-stawowego. ¹⁸⁸Re emituje cząstki β o energii 2,12 MeV (71,6%) i 1,96 MeV (25,1%) oraz kwanty γ o energii 177 keV (15%). Czas połowicznego zaniku tego radioizotopu wynosi 16,9 godzin. Do diagnostyki wykorzystuje się emitowane przez ¹⁸⁸Re promieniowanie gamma. Z kolei, cząstki β są stosowane w leczeniu guzów (brachyterapia – bezpośrednie napromieniowanie zmian nowotworowych poprzez umieszczenie radioizotopu w guzie lub jego bliskim sąsiedztwie) (Pawlicki i współaut., 2002).

Medycyna nuklearna jest również stosowana w terminalnych stanach nowotworowych w celu zmniejszenia bólu odczuwanego przez chorego. Ból ten jest związany z przerzutami raka do kości, tkanek miękkich, a także z jego przerzutami do mózgu. W tym przypadku stosuje się najczęściej radioaktywny fosfor w postaci ortofosforanu i radioaktywny stront w formie chlorku. Efekt tej terapii utrzymuje się przez wiele miesięcy, również przy odstawieniu leków przeciwbólowych (Markowska i współaut., 2011).

Warto również wspomnieć o dwóch głównych technikach diagnostycznego obrazowania nuklearnego: scyntygrafii oraz tomografii SPECT. W technikach tych, w odróżnieniu od technik rentgenowskich, źródło promieniotwórcze w postaci radiofarmaceutyków wprowadzane jest do ciała pacjenta (dożylnie lub doustnie). Emitowane kwanty gamma są wykrywane przez odpowiednie kamery i na tej podstawie tworzony jest obraz danego narządu. Scyntygrafia pozwala na uzyskanie dwuwymiarowego obrazu, np. szkieletu. Z kolei SPECT to technika umożliwiająca rejestrowanie obrazów trójwymiarowych. W czasie badania wykonuje się wiele ujęć pod różnymi kątami, które następnie odpowiednio się składa. Technika SPECT jest głównie wykorzystywana do badania mózgu i piersi (Khalkhali i współaut., 1999).

Podsumowanie

Przedstawione możliwości wykorzystania izotopów promieniotwórczych w naukach biologicznych i medycznych świadczą o tym, że podejmowanie prac eksperymentalnych z ich zastosowaniem jest w pełni uzasadnione. Wykorzystanie radioizotopów w różnych działach medycyny wydaje się być największym osiągnięciem chemii jądrowej. To właśnie dzięki izotopom promieniotwórczym możliwe jest dokładne obrazowanie narządów, skuteczne leczenie różnego rodzaju nowotworów, a także uśmierzanie bólu nieuleczalnie chorych pacjentów.

Katarzyna Szewczuk – Karpisz

Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie

Wydział Chemii

Zakład Radiochemii i Chemii Koloidów

Pl. M. Curie-Skłodowskiej 3, 20-031 Lublin

Literatura:

Beridge M. J., Bootman M. D., Roderick H. L., 2003. Calcium signalling: Dynamics homeostasis and remodelling. Nature Reviews Molecular Cell Biology 4 (7), 517-529.

Chibowski S., Grządka E., Patkowski J., Skwarek E., Wiśniewska M., 2010. Ćwiczenia laboratoryjne z chemii jądrowej i radiometrii. Wydawnictwo UMCS, Lublin.

German K., 2013. Technetium nuclear medicine. II Summer School of Energetic and Nuclear Chemistry, 16-20.09.2013.

Jurczak W., Wróbel T., Mazur G., Knopińska-Posłuszny W., 2006. Radioimmunoterapia w leczeniu chorych na chłoniaki grudkowe. Acta Haematologica Polonica 37 (4), 505-518.

Kawachi M., Nagasaki-Takeuchi N., Kato M., Maeshima M., 2011. Radioisotopes – Applications in Bio-Medical Science. Chapter 6. Application of Radioisotopes in Biochemical Analyses. DOI: 10.5772/22130

Khalkhali I., Diggles L. E., Taillefer R, Vandestreek P. R., Peller P. J., Abdel-Nabi H. H., 1999. Procedure guideline for breast scintigraphy. Society of Nuclear Medicine. J. Nucl. Med. 40, 1233-1235.

Komosa A., 2008. Podstawy datowania radiowęglowego. Dni Otwarte Wydziału Chemii UMCS, www.radiochemistry.umcs.lublin.pl

Markowska J., Mądry R., 2011. Terapie wspomagające w nowotworach złośliwych. Wrocław.

Moore K. L., 2003. The biology and enzymology of protein tyrosine O-sulfation. 278 (27), 24243-24246.

Nagasaki N., Tomioka R., Maeshima M., 2008. A hydrophylic cation-binding protein of Arabidopsis thaliana, AtPCaP1, is localized to plasma membrane via N-myristoylation and interacts with calmodulin and the phosphatidylinositol phosphates. FEBS Journal 275 (9), 2267-2282.

Pawlicki G., Pałko T., Golnik N., Gwiazdowska B., Królicki L., 2002. Fizyka medyczna. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa.

Szewczuk K., 2011. Praca magisterska: Ekspresja, oczyszczanie i fosforylacyjna modyfikacja C-terminalnego fragmentu białka hMrt4 z mutacją punktową S à A w pozycji 233. UMCS, Lublin.

Walanus A., Kokowski M., 2010. Możliwość wykorzystania radiowęglowej metody datowania w badaniach grobu Mikołaja Kopernika. Tajemnica Grobu Mikołaja Kopernika. Dialog Ekspertów, Kraków 22-23.02.2010.

Williams J. E., 1999. Donner Laboratory: The birthplace of nu clear medicine. The Journal of Nuclear Medicine 40 (1): 16N-20N.

Witten V. H., Brauer E. W., Loevinger R., Holmstrom V., 1956. Studies of Radioactive Phosphorus Applied to Human Skin. The Journal of Investigative Dermatology 26, 437-447.

Yalow R. S., Berson S. A., 1960. Immunoassay of endogenous plasma insulin in man. J. Clin. Invest. 39, 1157-1175.