齐鲁医学检验核医学系列课件-标记化合物与放射性药物

1、放射性标记化合物（radionuclide labeled compound）重庆医科大学 彭志平2021/9/3011、定义：分子中含放射性核素原子的化合物2、分类：放射性试剂放射性药物（诊断用放射性药物和治疗用放射性药物）2021/9/302（1）放射性试剂（radioactive agent）2021/9/303（2）放射性药物 (radiopharmaceuticals)定义： 凡引入体内用作诊断和治疗的放射性核素及其标记化合物。2021/9/304诊断用放射性药物 (Diagnostic Pharmaceutical ) 用于获得体内靶器官或病变组织的影像或功能参数，进行疾病诊断的一

2、类体内放射性药物。也称为显像剂(imaging agent)或示踪剂(tracer)。诊断用放射性药物多采用发射光子的核素及其标记物。2021/9/305诊断用药 显像剂(示踪剂) 要求： 射线，能量100-300Kev T1/2：10小时左右 组成： 放射性核素与被标记物 例: 99mTc MDP 放射性核素 非放射性载体 (示踪) (导向)2021/9/3062021/9/3072021/9/3082021/9/309治疗用放射性药物 (Therapeutic Pharmaceutical ) 能够高度选择性浓集在病变组织产生局部电离辐射生物效应，从而抑制或破坏病变组织发挥治疗作用的一类体

3、内放射性药物。治疗用放射性药物主要利用的是：放射性核素发出射线产生的生物效应的机制达到治疗目的。2021/9/3010要求： - 射线 T1/2 较长 如 32P（1711 keV，14天） 131I（336 keV，8天）适宜的射线能量和在组织中的射程是选择性集中照射病变组织而避免正常组织受损并获得预期治疗效果的基本保证。2021/9/3011特点 放射性药物的辐射作用有一定的范围，即使不直接进入病变细胞内，也可对邻近的病变细胞产生致死杀伤作用。由于放射性药物的选择性靶向作用，在体内可达到高的靶/非靶比值，明显减少对正常组织的损伤。 放射性药物持续照射释放超分割的剂量，可以更有效地杀伤肿瘤和

4、减少正常组织的损伤。 2021/9/3012核医学诊断治疗体外诊断体内诊断体外治疗体内治疗刀敷贴法： 90Sr, ,表皮毛细血管瘤 60Co针：治疗食道癌 Na131I, ，治疗甲状腺癌32P-Na3PO4, , 白血病、淋巴瘤 BNCT, 10B(n,)7Li, 脑神经胶质瘤 放射免疫分析 放射性自显影 功能测定 eg. Na131I, 测定甲状腺功能功能显像 热区：111In-McAb, 直肠癌 冷区：11C-棕榈酸，心肌显像照相，SPECT, PET免疫放射分析 受体的放射配基结合分析 3、应用：2021/9/3013显像药物：201TlCl心肌显像剂异氰类：MIBI, TBI-99mT

5、cTcN类， NOET焦磷酸类：Tc-P53硝基咪唑类脑显像剂18F-FDGHMPAO123I-多巴胺受体11C-螺旋哌啶酮肿瘤显像剂99mTc / 111In/ 186Re -McAb123I/ 99mTc -受体, Octra 肽2021/9/3014显像剂2021/9/3015治疗药物2021/9/3016一、医用放射性核素的来源临床应用的放射性核素可通过加速器生产、反应堆生产、从裂变产物中提取和放射性核素发生器（generator）淋洗获得。 2021/9/30171、加速器生产： 11C13N15O18F67a201Tl18O (p, n) 18F贫中子核素，无载体，价格高2021/

6、9/3018 RDS Eclipse 回旋加速器 2021/9/3019医用回旋加速器（cyclotron）和其它各种正电子显像仪器的问世及推广应用，11C、13N、15O和18F等短半衰期放射性核素的应用也逐年增多，在研究人体生理、生化、代谢、受体等方面显示出独特优势 。2021/9/3020常用的正电子放射性核素的制备2021/9/30212、反应堆生产：99Mo125I131I32P14C98Mo(n,) 99Mo富中子核素，有载体，价格低3H89Sr133Xe186Re153Sm2021/9/30223、裂变产物提取99Mo131I 133Xe2021/9/30234、放射性核素发生器

7、：99Mo-99mTc发生器188W-188Re发生器 82Sr-82Rb发生器68Ge-68Ga发生器81Rb-81mKr发生器2021/9/3024放射性核素发生器（radionuclide generator） 从放射性核素母子体系中周期性地分离出放射性子体的装置。又称“母牛”。99Mo-99mTc发生器：99Mo（T1/2=2.7d） 99mTc (T1/2=6h) 99Tc2021/9/3025裂变型发生器： Al2O3凝胶型发生器： ZrMoO32021/9/302699Mo-99mTc 发生器2021/9/30272021/9/3028洗脱液的质量控制99Mo含量测定99Mo可增

8、加对病人的辐射吸收剂量、影响显像质量，其含量应低于0.1%。Al含量测定Al可影响放射性药物的标记和体内分布，如可使某些放射性药物在肝脾中浓聚，Al含量应低于10 g/ml。2021/9/3029载体含量载体99Tc可由99Mo和99mTc衰变产生，其含量随淋洗时间间隔和洗脱液放置时间增长而增高。放化纯度用快速纸层析法测定，应98%。 2021/9/303099mTc核性能优良，为纯光子发射体，能量140keV，T1/2为6.02 h、方便易得、几乎可用于人体各重要脏器的形态和功能显像。2021/9/3031 含带有络合基团的药物、还原剂SnCl2、保证pH值的缓冲物质、辅剂的冻干品。99Mo

9、-99mTc 发生器配套药盒2021/9/3032二、被标记化合物的合成 被标记物是指由有机或无机化学合成和经药物检测符合人体用药要求的“冻干品”和/或药盒，且经各种化学和物理检测方法（熔点测定、元素分析、红外光谱、1H和13C核磁共振谱、化学或场解吸质谱及X线晶体衍射分析等）对其进行印证。2021/9/3033三、放射性核素标记技术 (radionuclide labeling technique)：就是将放射性核素以一定的化学形式引入到物质的分子之中，使之成为物质分子中的重要组成成分的一门技术。它包括放射性核素的标记、分离、纯化和鉴定等步骤。2021/9/3034（一）标记常用方法 同位素

10、交换法、化学合成法、生物化学合成法热原子反冲标记法。2021/9/3035利用不同化学状态下，同一元素的两种同位素之间的互相交换而制得所需标记化合物的方法。只有在特定条件下（例：加热、加压或加催化剂等pH值）获得的放射性核素标记化合物，才能在常温常压下稳定存在。1. 同位素交换法2021/9/3036特点：同位素交换法制备标记化合物不需要前体，方法简便，易于操作，适宜于稀有、结构复杂的有机化合物的标记。但总体来说，较难制得高比活度标记化合物，其稳定性也较差。2021/9/30372. 化学合成法定义：通过各种化学反应，将放射性核素引入到待标记化合物特定位置上的标记方法。是制备标记化合物的主要方

11、法。2021/9/3038原则上凡能用化学合成法制备的各种化合物也可用相同的方法制备标记化合物，二者原理相近，但也有差别。不同之处在于：合成的路线可能不同。合成所需要的前体常需自行合成。需要考虑放射性核素标记的位置。为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。2021/9/3039特点：化学合成法能制备高比活度的标记化合物，标记位置明确，稳定性佳，产品易于纯化。2021/9/30403. 生物合成法利用生物的生理代谢或离体酶的生物活性将简单的放射性物质在活体内或试管中转化成为具有生物活性的放射性核素标记化合物。生物合成法包括全生物合成法和酶促合成法两类。前者是利用生物整体或

12、某一器官的生理活动在活体内进行的合成，后者则利用生物组织中某一种或几种酶在试管中参加生化反应来制备标记化合物。2021/9/3041特点：生物合成法 可以制备一般的化学合成法难于合成的生物活性物质，例如特定的旋光异构体等。以 14CCO2 作为唯一的碳源在密闭的有光照的容器里培养植物（藻类等）合成碳水化合物和蛋白质（可得到有活性的L型氨基酸光学异构体）不能定位标记，比活度低。2021/9/3042利用核反应产生放射性核素的高动能作用与有机化合物分子发生反应，生成放射性核素的标记化合物 例如：3He(n,p)3H; 14N(n,p)14C等反应中生成的放射性核素取代有机化合物分子中相应的稳定性原

13、子。4、热原子反冲标记法2021/9/3043（二）几个常用的概念 放射化学纯度(radiochemical purity) 是指以一定化学形式存在的放射性核素标记化合物的放射性活度占样品的总放射性活度的百分比。2021/9/30442. 放射核素纯度(radionuclide purity) 是指以某一放射性核素活度占标记化合物体系中的总放射性活度的百分比。2021/9/30453. 放射性浓度（radioactive concentration） 是指单位体积的溶液中含有的放射性活度，以Bq/L或Bq/ml表示。 2021/9/30464. 同位素标记与非同位素标记同位素标记（isotop

14、ic labeling） 利用与分子中原有原子相同元素的放射性同位素所进行的标记。同位素标记所产生的放射性标记化合物可保持原有化合物的性质。非同位素标记(non-isotopic labeling） 向分子中引入的放射性核素不是物质分子中固有核素的同位素的标记。 2021/9/3047四、蛋白质/多肽的碘标记技术基本原理：将离子碘氧化成单质碘，单质碘与蛋白质或多肽分子中的酪氨酸、组氨酸或色氨酸残基上的苯环或咪唑环反应，取代上面的氢，形成放射性碘标记化合物。环烃比直链烃易标记。根据氧化剂的不同，分成各种碘标记方法。2021/9/3048常用125I碘标记容易，在一般的实验室内即可进行。125I

15、半衰期60d，足够标记生产，运输，使用，有足够的货架期。125I 放出X线和射线，测量容易。125I 放出俄歇电子，可做病变组织局部内放射治疗。2021/9/3049（一）直接标记法1. 氯胺-T法原理：氯胺-T（Chloramine-T），化学名叫：N-氯代对甲苯磺酰胺钠盐，是一种较温和的氧化剂，在水溶液中水解产生次氯酸，次氯酸可使碘的阴离子氧化成碘分子（单质碘），后者可与蛋白质或多肽分子上的酪氨酸等残基反应得以进行碘标记。2021/9/3050标记实例：放射性碘标记VIP蛋白质方法：20条件下，在1.5ml锥形离心管内依次加入以下试剂：（1）50mmol/L 蛋白质5l (pH 7.5)

16、(含蛋白质5g）（2）0.3mol/L磷酸缓冲液(pH 7.5)25l，（3）Na125I溶液37MBq，（4）新鲜配制的氯胺T水溶液4l(4g)， 充分混匀反应40-50秒，终止反应：加新鲜配制的偏重亚硫酸钠水溶液4l(8g) ，标记混合物立即进行分离纯化:在硅胶薄板上层析,展开剂为氯仿:甲醇=7:3，计算碘标记率，根据直接法计算标记VIP的比活度。葡聚糖凝胶拄分离标记蛋白和未标记的游离放射性碘2021/9/30512. 乳过氧化物酶法（LPO）原理：过氧化物酶法是以过氧化物酶作为催化剂和微量H2O2作用，放出新生态氧，从而将离子碘（I-）氧化成单质碘，由此标记蛋白或多肽分子，这样的标记也称

17、之为酶促标记。过氧化物酶有多种，常用的过氧化物酶是乳酸过氧化物酶，其次是葡萄糖氧化酶。乳酸过氧化物酶，它适应的pH值较宽（4.0-8.5），用量较少，一般仅为蛋白用量的1%，H2O2的用量很微，常将H2O2配制成0.01mol/L的溶液，标记反应时，取8-10l即可。此类标记反应的终止常采用巯基乙醇或稀释的方法。2021/9/30523. 固相氧化法原理：本法是将氧化物或过氧化物酶制成固体状颗粒，以固体的形式进行液-固氧化反应，使反应产物易于分离。应用较为广泛的固相氧化法是Iodogen法。Iodogen是一种氧化剂，与氯胺-T同属氯酰胺类，对I-离子的氧化反应原理相同。2021/9/3053

18、标记实例：蛋白质标记方法1：蛋白质2-5g溶于磷酸缓冲液10-25l中，加入Na125I 1mCi (10l )、乳过氧化物酶溶液25ng (10l )、H2O2 200ng (10l )；室温反应10-30min后，加入0.5ml 10mmol/L巯基乙醇以停止反应；10min后，加入NaI载体溶液1ml ，按常规方法分离纯化。2021/9/3054方法2：用二氯甲烷溶解Iodogen，涂布到反应试管壁上，待二氯甲烷挥发后，管壁上留下一层Iodogen薄膜，可用于碘化标记反应。标记时，加入反应缓冲液约20l（0.25mol/L pH 7.4 磷酸缓冲液），蛋白质或多肽样品液约10l，混匀后加

19、入约10l的放射性碘化钠溶液，反应10分钟后，将反应液倒出或稀释即可终止反应。2021/9/3055(二) 间接标记法（联接标记）2021/9/3056碘可标记核酸，蛋白质，胆固醇，受体，配体等2021/9/3057五、99mTc标记 99mTcO4- 还原 99mTc+1+5 药物：带有或引入络合基团。2021/9/30581. 直接标记法药物（络合剂）+ 99mTcO4- +SnCl2 适宜条件 99mTc-药物+少量99mTcO4-+少量 99mTc-Sn胶体单克隆抗体的标记2021/9/30592. 配体交换法99mTcO4-/H2O 99mTcL 99mTcL1 L+还原剂L1+还原

20、剂L2021/9/30603. 间接标记法双功能络合剂：含有一个可与金属离子络合的基团和可与抗体共价结合的基团。cDTPA、HYNIC（肼基联氨基烟酰胺）、MAG32021/9/30612021/9/3062六、放射性铟111In标记1. 直接标记 铟的最稳定的价态是3价，可以与含配位基团的分子络合，形成配位数为6(少数为5)的络合物。2. 间接标记 通过双功能螯合剂进行标记，一般用于单克隆抗体与多肽的标记。常用DTPA双环酐 ( CDTPA ) 作为双功能螯合剂，但在体内放射性铟容易脱落而浓聚在肝中。2021/9/30631、放射性杂质的来源 ：标记和贮存中产生。贮存过程中产生放射性杂质的原

21、因主要是辐射自分解。因此，放射性核素标记产物，必须进行必要的纯化，使用前也应进行放射化学纯度的监测，根据有无分解进行纯化。七、放射性标记化合物的纯化、鉴定 2021/9/30642、标记物的纯化：最常用的有效方法是色谱法，或叫层析法。主要有柱层析、薄层层析和纸层析，凝胶过滤法，高效液相色谱和气相色谱也是目前常采用的方法。其次还有透析法和电泳法等。2021/9/3065（1）纸层析（paper chromatography, PC）纯化：纸层析是以层析纸作为固定相，以适当的展开剂作为流动相，当样品随着流动相从点样的下端沿着纤维素分子上行时，由于样品组分的性质不同，在固定相上的吸附能力和在流动相中

22、的溶解度的不同，各个组分在固定相上的移动距离也就不同，从而使各个组分能有效地分开。2021/9/3066固定相：Whatmman 1#、2#、3#，新华滤纸1#、2#、3#流动相（展开剂）原理：样品中的各组分在固定相和流动相中分配系数不同。常用比移值Rf来表示各组分移动的相对速度。Rf ( rate of flow , 比移值 )溶质移动的距离/溶剂移动的距离原点至样品中某组分的距离/原点至溶剂前沿的距离2021/9/3067 产品的放射性计数放射化学纯度 (%) = 放射性总计数2021/9/3068.纸层析示意图2021/9/3069（2）薄层层析纯化：基本原理因固定相的不同而异。例如：硅

23、胶或氧化铝作为固定相的分离原理是根据各个组分吸附力和分配系数的不同；离子交换树脂作为固定相的分离原理是根据各个组分离子荷电性质和数量的不同；聚酰胺作为固定相的分离原理是根据各组分的氢键吸附能力的不同。所以，应该根据待分析的物质的性质，选用相应的固定相和展开剂。 Rf在0-1之间。在同一层系系统和同一展开剂条件下，某物质的Rf值总是保持不变的。2021/9/3070（3）凝胶过滤层析 常用的葡聚糖凝胶是一种网状多孔的分子筛，小分子物质可以进入凝胶粒子的网孔内部，而分子较大的物质则进不去，只能沿着凝胶粒子间的间隙下行。因此，在洗脱过程中，大分子物质由于行程短而被最先洗脱出来；相反，分子小的物质推进较慢，最后才被洗脱出来，从而达到分离的目的。 凝胶过滤法是一种高效、温和的纯化方法，适用于分子量相差较大的物质分离，对于放射性碘标记蛋白和肽类混合物的纯化是比较适用的。2021/9/30713、标记物的鉴定放射性核素标记化合物分离纯化后，要进行放射化学纯度和生物或免疫活性的鉴定。 2021/9/3072（1）放射化学纯度的测定常用的方法有：放射性纸层析或薄层层析法，放射性高效液相层析法和放射性凝胶电泳法。其中，放射性凝胶电