第8章 放射性标记化合物的制备及其应用

1、第,8,章,放射性标记化合物的制,备及其应用,自,1912,年,G. Hevesy,和,F. Paneth,将放射性核素作为,示踪剂以来，示踪实验已成为目前科学研究的重要手段,之一,该技术在生物学、医学和农业科学等领域中，已得,到了广泛的应用，对带有示踪原子的标记化合物的需求,量增大，标记化合物的制备就成为示踪实验能否进行的,前题,四十年代后期，人工放射性核素大规模生产,快速制备方法与快速分离技术的发展，为半衰期短,的如,11,C,13,N,15,O,等作为标记物的使作提供了可能,标记化合物,是指化合物中某一个或多个原子或其化学基团被,其易辨认的同位素或其它易辨认的核素或基团所取,代而得到的产

2、物。这种取代过程称为标记,放射性标记化合物,若取代的核素是放射性核素，则所得产物就称为,放射性标记化合物。此标记过程称为放射性标记,8.1,概述,1,标记化合物的命名,无机化合物,通常只要在化合物名称的前面注明标记核素的符号,即可，如,也可在分子式中直接注明标记核,素,NaI,I,131,4,99,O,Tc,Na,m,有机标记化合物,通常采用前置方括命名法，即在标记化合物名称中,表示标记核素所处部位之前加一方括号，在其中标明,核素标记的位置与数目、希腊字母或词头以及标记核,素等标示性符号,对结构复杂的标记化合物，当一般命名还不足以说,明问题或易被误解时，宜在命名的同时附以标明位置,的结构式,C

3、OOH,CH,C,3,14,1,COOH,CH,C,3,14,2,1,2,标记化合物的分类,按标记化合物的种类不同可分为,无机标记化合物，如,有机标记化合物,如,生物标记化合物，如,按标记核素的不同可分为,同位素标记物和非同位素标记物,金属标记物，如,和非金属标记物,如,NaI,I,131,葡萄糖,C,14,红细胞,Cr,51,红细胞,Cr,51,甲胎球蛋白,I,131,还可按标记物状态的不同分为,液体标记物,胶体标记物,固体标记物,溶液,NaI,I,131,胶,体,Au,198,微球,Y,90,3,标记化合物的若干基本概念,1,同位素标记与非同位素标记,同位素标记,化合物中的原子被其同位素的

4、原子所取代，由于,取代后化合物在物理、化学和生物学性质上不会引起,显著差异，因此亦称理想标记,131,I,127,I,3,H,1,H,14,C,12,C,等,非同位素标记,非理想标记,用组成化合物以外的原子进行标记，非同位素标,记的产物在性质上所引起的变化比同位素标记要大,因此又称非理想标记,131,I,1,H,甲胎球蛋白中的,H,2,定位标记与名义定位标记,定位标记,S,指标记原子处于标记化合物的指定位置。书写时,可省备,S,5-T,尿嘧啶,95,以上的,3,H,是在尿嘧啶,分子的第,5,位碳原子的,C-H,键上,名义定位标记,n,又称准定位标记，指在标记过程中，从标记方法,预测标记原子应该

5、在某特定位置上，而实际标记结,果未作鉴定，或鉴定结果在特定位置上的标记原子,数不能肯定大于,95,6,7 (n)-T,雌二醇,3,全标记与均匀标记,它们均属于非定位标记,全标记,用,G,表示，如,G-T,胆固醇，指标记分子中所有稳,定位置上的氢原子都可能被标记原子所取代，但程度,不同,均匀标记,用,U,表示，指标记原子从统计学看，均匀地分布在,标记化合物的分子中,14,CO,2,光合作用标记葡萄糖,U,14,C,葡萄糖,非定位标记化合物只能用于研究整个分子的行为,不能用来观察分子上特定基因或原子的行为。但此可,得到较高的比活度，且制备方法选择余地也较大，因,此常被采用,4,双标记与多标记,双标

6、记、多标记,若化合物分子中的原子被两种或多种元素的同位,素原子以及被同一种元素的两种或多种同位素原子所,取代，称为双标记或多标记。如,利用双标记或多标记化合物可同时观察两个或多,个指标，不仅可减少工作量，还可以排除和减少因个,体差异所引的实验误差，这是单标记化合物难以达到,的，但其制备较难，价格也贵,COOH,NH,14,2,15,COOH,NH,NH,H,C,2,15,3,3,14,4,放射性核素的选择,在制备放射性标记化合物时，首先必须选择放射,性核素,其原则是,1,能否得到所需的标记化合物,2,用这种标记化合物能否得到预期的研究结果,或诊断、治疗效果,3,核素的物理、化学性质和核性质以及

7、生产方,式、产品纯度是不合适,4,标记、测量、鉴定的方法是否容易,5,实验周期的长短，核素本身和杂质的毒性以,及价格等要进行考虑,表,几种重要的放射性标记核素,核素,T,1/2,无载体时的比活度,主要射线种类及能量,MeV,3,H,12.3a,1080GBq/mmol,0.01861,14,C,5730a,2.3GBq/mmol,0.155,32,P,14.28d,338TBq/mmol,1.711,35,S,87.4d,55TBq/mmol,0.674,99,Tc,m,6.02h,1.94,10,4,TBq/mmol,0.1405,123,I,13h,8.9,10,3,TBq/mmol,0.

8、1590,125,I,60.2d,64TBq/mmol,0.03548,131,I,8.04d,459TBq/mmol,0.6065,0.336,0.2843,0.3645,0.6370,5,放射性标记化合物的特点与制备要求,最大的特点是,放射性,不稳定性：自身衰变、自辐射分解、标记核素脱落,易位等,如用,3,H,标记过的化合物较不稳定,要求,1,制备放射性标记化合物的原料来源不易，制备中,应充分利用，未标记上的要回收,2,生产规模限制在微量水平，通常在,10,6,10,3,mol,在制备、分离、鉴定过程中要用到微量或超,微量技术，操作中尽量减少放射性核素的稀释，避免引,入不必要的载体,3,要

9、求标记流程步骤少，时间短，尽可能在标记的,最后阶段引入放射性核素，以减少其损失、副反应的发,生以及防护上的困难；（可做冷实验,4,放射性核素引入到化合物指定位置并进行纯化等,标记化合物的同位素效应与辐射自分解,1,同位素效应,不能忽视因同位素效应引起标记化合物与原化合,物之间产生的性质上的差异,主要是,3,H,和,14,C,其它核素的同位素效应并不显著,在共价键结构的有机化合物分子中,12,C,12,C,的键,能为,82.6kcal.mol,1,而,14,C,12,C,的键能要高,6-10,3,H-O,3,H-N,3,H-C,键要比,1,H-O,1,H-N,1,H-C,键,稳定得多,2,辐射自

10、分解,分初级内分解、初级外分解和次级分解,分初级内分解,它是由标记化合中放射性核素衰变所造成的，核衰变,结果产生含有子核的放射性或稳定杂质,初级外分解,它是由标记的放射性核素放出的射线与标记化合物分,子作用，造成化学键的断裂，产生放射性或稳定杂质,次级分解,标记化合物周围的介质分子，由于吸收射线的能,量而被激发或电离，进而生成一系列自由基、激化,分子或离子，它们再与标记化合物作用，使分子断,键而分解。次级分解常常是标记化合物辐射自分解,的主要因素,用以下方法可减少标记化合物的分解,1,降低标记化合物的比活度,2,加入自由基的清除剂,3,调节贮存温度,降低温度，使分解产生的自由基与标记化合物作用

11、,的速度减慢，能使标记化合物的分解减少,8.2,放射性标记化合物的制备方法,1,化学合成,这是制备有机放射性标记化合物经典方法之一。主,要有以下几种,1,逐步合成法：用最简单的含放射性核素的化合物,按预定的合成路线一步一步合成复杂的有机化合物,优点,放射性核素的种类、标记位置、标记数量和比活,度预先设计,反应易于控制，有较好的重现性,放射性核素的收率，产品的比活度、化学纯度和,放射化学纯度均较高，是制备放射性标记化合物最常,用的一种方法,缺点,步骤繁，流程长，副反应多，纯化困难等,该法应用最多的是,14,C,标记的有机化合物，其主要原料,是反应堆提供的,Ba,14,CO,3,1,2,根据需要，

12、合成相应的物质,CN,BaN,C,Ba,CN,K,CO,CO,Ba,14,2,14,14,2,14,3,14,2,加成法,利用具有双键或三键的不饱和有机化合物作前体,将放射性核素或其简单化合物通过加成反应，结合到,前体上，达到标记的目的,最常用的是氚标记。如,此法主要用于有机物的标记,T,RCHTCH,CH,RCH,T,2,2,2,3,取代法,置换法,有机化合物分子中的原子或原子团被放射性核素,或其原子团所置换而达到标记目的的方法,此法常用于氚和放射性碘的标记,TX,RT,T,RX,碱性溶液,催化剂,2,I,H,I,R,I,RH,131,131,131,2,氧化剂,4,间接标记法,把放射性核素

13、先标记在某种易与欲标记物反应的,试剂，然后再与欲标记物偶联,借助于具有双功能基团的螯合剂进行标记，先把某,种双功能螯合剂结合到欲标记分子上，再将放射性核,素核素标记到此螯合剂上，由此形成稳定的放射性核,素,螯合剂,欲标记化合物复合物,主要用于很难用于直接标记法得到产品或直接标,记法能得到产品但损伤较大,对于许多金属放射性核素，要将它们标记到蛋白,质上，特别是单克隆体,McAb,上去，都必须借助于,具有双功能基团的螯合剂进行间接标记,2,生物合成法,生物合成法是利用动物、植物、微生物的生理代,谢过程或酶的生物活性，将简单的放射性物质在体内,或体外引入化合物中而制得所需标记物,有两大类：全生物合成

14、法和酶促合成法,全生物合成法,是利用完整的生物或其某一个器官的生理代谢过,程来进行标记的,常用的生物有：细菌、绿藻、酵母等低等生物,14,C,标记物,海绿藻合成,14,C,均匀标记的多种氨基酸,1,海绿藻避光,24h,造成“光饥饿,2,通入,14,CO,2,光照,36h,使,14,CO,2,随光合作用,掺藻体细胞内,3,从标记的海绿藻中提取蛋白质,4,将其水解，用离子交换或薄层色谱法分离水,解产物，可得到,14,C,标记的,16,种氨基酸,酶促合成法,利用生物组织中某些特定的酶促进标记前体物质,的合成反应，生成所需的标记产物。酶促合成法也可,作是应用物殊催化剂的化学合成法,蛋白质,蛋白质,I,

15、I,125,125,3,同位素交换法,同位素交换法是利用同一元素的放射性同位素与,稳定同位素在两种不同化学状态之间发生交换反应来,制备标记化合物,AX+BX,AX,BX,目前同位素交换法是制备氚标记化合物的重要方,法，它也可用于放射性碘、磷、硫的标记,有：气相曝射交换法；液相催化交换法,气相曝射交换法,原理：将欲标记物置于高比活度的氚气中曝射,借助于氚衰变的辐射能量诱导氚,氢发生交换反应，从,而得到氚标记物,此法反应速度慢、能产生各种副反应和辐射分解产,物,改正,一是用高频放电,X,射等能量来激活或电离氚和被,标记物,二扩大氚与被标记物的接触面,三反应体系中加入催化剂等,4,金属络合法,上述合

16、成法多用于非金属放射性核素的标记，而用,于医用的一些金属放射性核如,金属放射性核素直接形成络合物,络合物又称配位化合物，它是由一定数目的可以给,出孤对电子或多个不定域电子的离子或分子与具有接受,孤对电子或多个不定域电子的空位原子或离子按一定的,组成和空间结构所形成的化合物,m,Tc,99,Ga,68,67,In,111,Tl,201,由两部分组成，即中心原子及配位体构成,Cu(NH,3,4,SO,4,Cu,中心原子,NH,3,配位体,N,配位原子,4,配位数,螯合物,具有环状结构的络合物为螯合物,把能形成螯合物的配位体称为螯合剂,螯合剂分子或离子具有两个或两个以上的配位原子,同量与一个中心离子

17、或原子配位，形成一个或多个包含,中心离子或原子在内的环状结构，如铜离子与两个乙二,胺分子配位时可形成螯合离子,5,其它标记方法,热原子反冲标记法：利用核反应过程中产生的放,射性原子核的强大反冲能量使其从原来的化合物中挣,脱出来，结合到被标记的化合物上去,14,N(n,p,14,C,的,14,C,与被标记物反应等,加速离子标记法：利用放射性核素或其它化合物,经电离后形成离子，在电场中加速到一定能量，轰击,欲标记物质，从而制得标记化合物,辐射合成法：利用有机化合物辐射分解产生的各,种自由基相互作用而得到一系列标记化合物,6,放射性标记化合物的纯化与质量鉴定,1,必要性,副反应产生副产物,未标记的放

18、射性核素,欲标记物母体化合物,其它杂质,标记物的自行脱落等,要去除这些杂质，必须进行纯化,2,纯化方法,常量物质的分离方法进行纯化,萃取法,沉淀法,蒸馏法等,微量纯化,色谱法,电泳法进行,3,质量鉴定,有物理鉴定、化学鉴定和生物鉴定,8.3,单克隆抗体的标记,用放射性核素标记的单克隆抗体,McAb,monoclonal,antibody,由于具有特异的免疫反应，因此可定位到某,种肿瘤上,1975,年克勒等人发展了杂交瘤技术，从此可以大量,制备,McAb,111,In,和,99,Tc,m,等金属放射性核素的应用,其性能优良于,131,I,使单克隆抗体技术得到了发展，同时,促进了放射性免疫显像,RII, radioimmunoimaging,和放,射性免疫治疗,RIT, radioimmunotherapy,的进步,1,放射性核素标记单克隆抗体的技术,单克隆抗体目前用得最多的放射性核素是,111,In,99,Tc,m,131,I,其次是,67,Ga,68,Ga,90,Y,186,Re,32,P,77,Br,等。标记的方法有直接、间接标记法,1,直接标记法,它是通过放射性核素与蛋白质上的碳原子形成共价,键来实现的。但在许多情况下，放射性核素是金属,只有当这些金属类核素对