Radioizotopii in medicina

Multe dintre elementele chimice au un număr de izotopi. Izotopii unui element au același număr de protoni în atomii lor ( număr atomic ), dar diferite mase datorate numarului diferit de neutroni . Există 82 de elemente stabile și circa 275 izotopi stabili ai acestor elemente .

Atunci când o combinație de neutroni și protoni , care nu există în natură , este produsa în mod artificial, atomul va fi instabil și se numeste izotop radioactiv sau radioizotop . Există, de asemenea, o serie de izotopi naturali instabili care deriva din dezintegrarea de uraniu și toriu. Per total exista in jur de 1800 de radioizotopi. În prezent, există până la 200 de radioizotopi utilizati în mod regulat, și majoritatea trebuie să fie produsi în mod artificial.

Radioizotopii pot fi fabricati în mai multe moduri . Cea mai comuna metoda este de activare cu neutroni într-un reactor nuclear . Aceasta implică capturarea unui neutron de catre nucleul unui atom ca rezultat al unui exces de neutroni. Unii radioizotopi sunt fabricati într -un ciclotron în care protonii sunt introdusi in nucleul rezultând un deficit de neutroni ( proton bogat ) .

Nucleul unui radioizotop, de obicei, devine stabil prim emisia de particule alfa si beta( sau pozitroni ) . Aceste particule pot fi însoțite de o emisie de energie sub formă de radiații electromagnetice cunoscute sub numele de raze gama . Acest proces este cunoscut sub numele de dezintegrare radioactivă .

Produsele radioactive care sunt utilizate în medicină sunt denumite radiofarmaceutice .

• Medicină nucleară foloseste radiatia pentru a furniza informații de diagnosticare despre modul de funcționare a anumitor organe ale unei persoane sau pentru a le trata . Proceduri de diagnosticare cu ajutorul radioizotopilor sunt acum de rutină.

• Radioterapia poate fi utilizata pentru tratarea unor afecțiuni medicale, în special cancer, folosind radiația a slăbi sau distruge anumite celule țintă.

• Zeci de milioane de proceduri medicale nucleare sunt efectuate in fiecare an, iar cererea pentru radioizotopi este în continua crestere.

• Sterilizarea de echipament medical este, de asemenea, o utilizare importantă de radioizotopi.

Aceasta este o ramură a medicinei care folosește radiații pentru a furniza informații cu privire la modul de funcționare a organelor unei persoane sau pentru a trata o anumita boala . În cele mai multe cazuri, informația este folosită de către medici pentru a face un diagnostic rapid, precis al bolii pacientului.

Analiza biochimică

Este foarte ușor de detectat prezența sau absența unor materiale radioactive, chiar dacă acestea există în concentrații foarte mici. Prin urmare, radioizotopii pot fi utilizati pentru marcarea moleculelor din probele biologice in vitro ( in afara corpului ). Patologii au creat sute de teste pentru a stabili elementele constituente din sânge , ser , urină , hormoni , antigeni și multe medicamente prin intermediul asocierii radioizotopilor. Aceste proceduri sunt cunoscute sub numele de teste imunologice (RIA) si cu toate ca biochimia este complexa , kiturile fabricate pentru utilizarea în laborator sunt foarte usor de utilizat si dau rezultate precise . În Europa, aproximativ 15 milioane de de analize in vitro sunt efectuate în fiecare an.

Teste radioimunologice (RIA)

Majoritatea testelor radioimunologice actuale utilizeaza marcarea cu 125I care asigura rapiditatea procesului de conjugare si mentinerea activitatii biologice a reactantilor. Emisia radioactiva (raze gammma pentru 125I) poate fi masurata cu ajutorul unui scintilator gamma. Exista doua tehnici RIA principale, competitive si necompetitive, care includ etape de spalare pentru separarea fractiunii legate de faza solida de cea libera de conjugat radioactiv. Ca faza solida pot fi utilizate bile de sefaroza sau peretele interior al unor tuburi de plastic. In metoda competitiva, utilizata pentru cuantificarea unor molecule mici, cum ar fi hormoni (hormonii sunt prea mici pentru a lega mai mult decat o molecula de Ac, astfel incat ei nu pot fi detectati printr-un test care necesita legarea a mai mult decat un Ac), o cantitate cunoscuta de Ag marcat radioactiv si Ag din proba de analizat sunt mixate si reactioneaza competitiv cu o cantitate constanta de Ac legat de o faza solida. Concentratia de analit este determinata cu ajutorul unei curbe standard emisii radioactive pe minut versus logaritmul concentratiei de analit (cu cat cantitatea de Ag neradioactiv din proba este mai mare, cu atat radioactivitatea legata este mai mica).

Pentru determinarea de Ac, Ac marcati radioactiv si Ac din proba reactioneaza competitiv cu Ag fixat de faza solida. Metodele competitive necesita cantitati mai mici de Ac si Ag decat metodele tip “sandwich”.

Testele “sandwich”/radioimunometrice utilizeaza o mare cantitate de Ac (exces stoichiometric) legat de faza solida, fiind mai sensibile decat metodele competitive. Ac legat de faza solida captureaza Ag (analitul) din solutie; dupa spalare conjugatul reactioneaza cu Ag legat de faza solida si semnalul este masurat dupa indepartarea prin spalare a conjugatului liber, semnalul generat fiind proportional cu concentratia de analit. Aceste teste necesita Ag cu mai mult de doua situsuri antigenice. Daca se utilizeaza doi Ac diferiti (care recunosc situsuri antigenice diferite), protocolul poate fi simplificat (“one step sandwich”), astfel faza solida este mixata simultan cu Ag din proba si conjugatul.

Metoda poate fi aplicata pentru detectia de Ac utilizand Ag ca faza solida si Ag marcat radioactiv.

Comparativ cu alte teste imune, RIA prezinta avantajul unei sensibilitati ridicate (~5 pg/mL), usurinta in conjugarea izotopului, detectia semnalului fara optimizare si stabilitate fata de interferente; dezavantajele sunt stabilitatea scurta a reactivului si necesitatea protectiei antiradioactive.

Desi metoda a fost folosita in perioada de inceput a laboratorului Synevo pentru determinarile imunochimice, aceasta a fost inlocuita prin tehnici noi, mai performante.

Sterilizarea

Iradierea cu raze gamma este utilizata pe scară largă pentru sterilizarea produselor medicale și consumabile, cum ar fi seringi, mănuși, îmbrăcăminte și instrumente, care ar putea fi afectate de sterilizarea prin căldură. Cobalt - 60 este izotopul principal utilizat , deoarece este un emițător de energie gamma. Instalațiile de iradiere la scară largă pentru sterilizarea gamma sunt prezente în multe țări. Iradieri mai scazute cu raze gamma, de multe ori cu Cs - 137, sunt utilizate pentru tratarea sângelui pentru transfuzii și pentru alte aplicații medicale .

Radiofarmaceutice utilizate in scop diagnostic

Fiecare organ din corpul nostru acționează diferit din punct de vedere chimic . Medicii si chimistii au identificat o serie de substanțe chimice care sunt absorbite de către anumite organe . Tiroida, de exemplu, preia iod, creierul consumă cantități de glucoză etc. Cu aceste informatii, radiofarmacistii sunt capabili sa asocieze diversi radioizotopi cu substanțe biologic active. Odată ce o formă radioactivă din una dintre aceste substante intra in organism, este încorporata în procesele biologice normale și excretata în mod obisnuit.

Radiofarmaceuticele de diagnostic pot fi utilizate pentru a examina fluxul de sange catre creier, funcționarea ficatului, plamanilor, inimii sau rinichilor, pentru a evalua creșterea oaselor , precum și pentru a confirma alte proceduri de diagnostic . O altă utilizare importantă este de a anticipa efectele unor interventii chirurgicale si de a evalua schimbările de la inceperea tratamentamentului.

Pacientului i se administreaza o cantitate de radiofarmaceutic suficienta doar pentru a obține informațiile necesare înainte de descompunere. Doza de radiatii primita este nesemnificativa. Pacientul nu experimenteaza niciun disconfort în timpul testului și după o perioadă scurtă de timp nu există nici o urmă că testul a fost făcut vreodată . Natura non-invaziva a acestei tehnologii, împreună cu capacitatea de a observa funcționarea unui organ din afara corpului, fac din această tehnică un instrument de diagnostic important.

Un radioizotop utilizat pentru diagnostic trebuie să emită raze gamma de energie suficientă pentru a fi eliminat din corp și trebuie să aibă un timp de înjumătățire suficient de scurt pentru a se descompune la scurt timp după ce imagistica este finalizată .

Technetiu-99m este cel mai utilizat radioizotop din lume. Încă de la începuturile sale, în 1958( descoperit la Brookhaven National Laboratory, BGRR), acest izotop s-a dovedit foarte important pentru medicină. Acest izotop este creat din izotopul Mo-99 și are un timp de înjumătățire de 66 de ore, permițând astfel transportul pe distanțe lungi dar și o eliminare rapidă din corpul uman.

Izotopul Tc-99m este folosit în aproximativ 20 de milioane de proceduri în medicina nucleară( cum ar fi scanarea rinichilor sau a oaselor). Aproximativ 85% de proceduri de medicină nucleară se realizează cu acest izotop.

Izotopul a fost utilizat prima dată la cartografierea sistemului circulator al unui om. Mai târziu, s-a descoperit că tumorile de pe creier și glanda tiroidă asimileaza foarte ușor acest izotop, deci, a început utilizarea lui în diagnosticul tumorilor de tiroidă și creier. Datorită timpului de înjumătățire scurt și al faptului că se elimină ușor din organism, acest izotop este cel mai simplu, sigur și practic

izotop utilizabil. Chiar și în zilele noastre se găsesc noi întrebuințări pentru acest miraculos izotop care poate salva vieți dacă e utilizat cu atenție și cu știință. Este preferabil să se utilizeze acest izotop pentru diagnosticarea disfuncțiilor tiroidei decât a iodului 131 care rămâne pe toată durata existenței sale în tiroidă și, chiar dacă are un timp de înjumătățire scurt, poate cauza mai mult rău decât bine. Disfuncțiile osoase se pot observa mai bine decât cu izotopii fosforului care totuși sunt utilizați încă în medicina nucleară.

Prepararea izotopului se face cu un generator de Technetiu-99m care conține un cilindru constituit dintr-o membrană poroasă umplut cu o sare de molibden-99. Peste acest cilindru se toarnă ser fiziologic sau apă distilată sterilă într-o anumită cantitate, pentru obținerea concentrației dorite. Soluția obținută se va steriliza prin autoclavizare apoi se va injecta intravenos pacientului.

Descoperitorii acestui izotop atât de utilizat, care a salvat multe vieți sunt Walter Tucker și Margaret Greene.Acestea sunt :

- are un timp de înjumătățire de șase ore, care este suficient de lung pentru a examina procesele metabolice, însă suficient de scurt pentru a minimaliz adoza de radiații pentru pacient.

- Technețiu - 99m descompune printr-un proces numit " izomeri " ; care emite raze gamma și electroni cu consum redus de energie. Din moment ce nu există nicio emisie beta – mare, doza de radiatii la care este expus pacientul este scăzută .

Gamma redus de energie raze emite scăpa ușor corpul uman și sunt detectate cu precizie de un aparat de fotografiat gamma . Încă o dată, doza de radiatii la care pacientul este minimizat .

Chimia technețiu este atât de versatil se poate forma marcatori de a fi încorporate într- o serie de substanțe biologic - active, pentru a se asigura că aceasta se concentrează în țesutul sau organul de interes .

Logistica favorizează , de asemenea, utilizarea acestuia . Generatoare de technețiu , o oală de plumb care închide un tub de sticlă care conțineradioizotopi , sunt furnizate la spitale din reactor nuclear în care se fac izotopi . Ele conțin molibden - 99 , cu un timp de înjumătățire de 66 de ore, ceea ce se dezintegrează progresiv la technețiu - 99 . Tc - 99 este spălat din oală de plumb de soluție salină , atunci când este necesar . După două săptămâni sau mai puțin generatorul este returnat pentru reîncărcare .

Un sistem generator de similară este utilizată pentru a produce - rubidiu 82 pentru imagistica PET de stronțiu - 82 - care are un timp de înjumătățire de 25 de zile .

Perfuzie miocardica Imaging ( MPI ) folosește clorura de taliu - 201 sau technetiu - 99m și este important pentru detectarea și prognosticul bolii coronariene .

Canadian de date 2006 arată că 56 % din Tc - 99 utilizare este în perfuzie miocardic ischemie , 17 % din scaneaza osoase , 7 % în ficat / hepatobiliare , 4 % respirator , 3% renale , 3% tiroida .

Pentru imagistica PET ,radiofarmaceutic principal este glucoza fluoro - deoxi ( FDG ) încorporează F - 18 - cu un timp de înjumătățire de numai puțin de două ore - ca marcator . FDG este ușor încorporat în celulă fără a fi defalcate , și este un bun indicator al metabolismului celular .

In medicina de diagnostic , există o tendință puternică de a utiliza mai multe izotopilor - ciclotron produse cum ar fi F - 18 ca PET și CT / PET devin mai disponibile pe scară largă . Cu toate acestea , procedura trebuie să fie efectuate în două ore îndemâna unui ciclotron , care limitează utilitatea acestora în comparație cu Mo/Tc-99 .