放射化學(xué)放射性標(biāo)記化合物的制備及其應(yīng)用

1、第第8章章 放射性標(biāo)記化合物的制放射性標(biāo)記化合物的制備及其應(yīng)用備及其應(yīng)用標(biāo)記化合物：標(biāo)記化合物： 是指化合物中某一個(gè)或多個(gè)原子或其化學(xué)基團(tuán)被其易辨認(rèn)的同位素或其它易辨認(rèn)的核素或基團(tuán)所取代而得到的產(chǎn)物。這種取代過(guò)程稱為標(biāo)記。放射性標(biāo)記化合物：放射性標(biāo)記化合物： 若取代的核素是放射性核素，則所得產(chǎn)物就稱為放射性標(biāo)記化合物。此標(biāo)記過(guò)程稱為放射性標(biāo)記。8.1 概述（1）標(biāo)記化合物的命名 無(wú)機(jī)化合物：無(wú)機(jī)化合物： 通常只要在化合物名稱的前面注明標(biāo)記核素的符號(hào)即可，如 。也可在分子式中直接注明標(biāo)記核素， ；有機(jī)標(biāo)記化合物有機(jī)標(biāo)記化合物： 通常采用前置方括命名法，即在標(biāo)記化合物名稱中表示標(biāo)記核素所處部位之前

2、加一方括號(hào)，在其中標(biāo)明核素標(biāo)記的位置與數(shù)目、希臘字母或詞頭以及標(biāo)記核素等標(biāo)示性符號(hào)： 、 。 對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的標(biāo)記化合物，當(dāng)一般命名還不足以說(shuō)明問(wèn)題或易被誤解時(shí)，宜在命名的同時(shí)附以標(biāo)明位置的結(jié)構(gòu)式。NaII 131499OTcNamCOOHCHC3141COOHCHC3142 , 1（2）標(biāo)記化合物的分類(lèi) 按標(biāo)記化合物的種類(lèi)不同可分為： 無(wú)機(jī)標(biāo)記化合物，如 ； 有機(jī)標(biāo)記化合物， 如 ； 生物標(biāo)記化合物，如 。 按標(biāo)記核素的不同可分為： 同位素標(biāo)記物和非同位素標(biāo)記物； 金屬標(biāo)記物，如 、和非金屬標(biāo)記物，如 ； 還可按標(biāo)記物狀態(tài)的不同分為： 液體標(biāo)記物， ； 膠體標(biāo)記物， ； 固體標(biāo)記物， 。NaII

3、 131葡萄糖C14紅細(xì)胞Cr51紅細(xì)胞Cr51甲胎球蛋白I131NaII 131膠體Au198微球Y90（3）標(biāo)記化合物的若干基本概念1）同位素標(biāo)記與非同位素標(biāo)記 同位素標(biāo)記同位素標(biāo)記： 化合物中的原子被其同位素的原子所取代，由于取代后化合物在物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)上不會(huì)引起顯著差異，因此亦稱理想標(biāo)記。131I 127I；3H 1H；14C 12C等。非同位素標(biāo)記非同位素標(biāo)記（非理想標(biāo)記）： 用組成化合物以外的原子進(jìn)行標(biāo)記，非同位素標(biāo)記的產(chǎn)物在性質(zhì)上所引起的變化比同位素標(biāo)記要大，因此又稱非理想標(biāo)記。 131I 1H，甲胎球蛋白中的H。2）定位標(biāo)記與名義定位標(biāo)記定位標(biāo)記定位標(biāo)記(S)： 指標(biāo)記

4、原子處于標(biāo)記化合物的指定位置。書(shū)寫(xiě)時(shí)，可省備S。5-T-尿嘧啶，95%以上的3H是在尿嘧啶分子的第5位碳原子的C-H鍵上。 名義定位標(biāo)記名義定位標(biāo)記(n)： 又稱準(zhǔn)定位標(biāo)記，指在標(biāo)記過(guò)程中，從標(biāo)記方法預(yù)測(cè)標(biāo)記原子應(yīng)該在某物定位置上，而實(shí)際標(biāo)記結(jié)果未作鑒定，或鑒定結(jié)果在特定位置上的標(biāo)記原子數(shù)不能肯定大于95%。6，7 (n)-T-雌二醇。3）全標(biāo)記與均勻標(biāo)記 它們均屬于非定位標(biāo)記。全標(biāo)記：全標(biāo)記： 用G表示，如G-T-膽固醇，指標(biāo)記分子中所有穩(wěn)定位置上的氫原子都可能被標(biāo)記原子所取代，但程度不同。均勻標(biāo)記：均勻標(biāo)記： 用U表示，指標(biāo)記原子從統(tǒng)計(jì)學(xué)看，均勻地分布在標(biāo)記化合物的分子中，14CO2光合作

5、用標(biāo)記葡萄糖， U-14C-葡萄糖。 非定位標(biāo)記化合物只能用于研究整個(gè)分子的行為，不能用來(lái)觀察分子上特定基因或原子的行為。但此可得到較高的比活度，且制備方法選擇余地也較大，因此常被采用。4）雙標(biāo)記與多標(biāo)記 雙標(biāo)記、多標(biāo)記雙標(biāo)記、多標(biāo)記 ： 若化合物分子中的原子被兩種或多種元素的同位素原子以及被同一種元素的兩種或多種同位素原子所取代，稱為雙標(biāo)記或多標(biāo)記。如， 、 。 利用雙標(biāo)記或多標(biāo)記化合物可同時(shí)觀察兩個(gè)或多個(gè)指標(biāo)，不僅可減少工作量，還可以排除和減少因個(gè)體差異所引的實(shí)驗(yàn)誤差，這是單標(biāo)記化合物難以達(dá)到的，但其制備較難，價(jià)格也貴。COOHNH14215COOHNHNHHC2153314（4）放射必核

6、素的選擇 在制備放射性標(biāo)記化合物時(shí)，首先必須選擇放射性核素。其原則是其原則是： 1、能否得到所需的標(biāo)記化合物； 2、用這種標(biāo)記化合物能否得到預(yù)期的研究結(jié)果或診斷、治療效果； 3、核素的物理化學(xué)性質(zhì)和核性質(zhì)以及生產(chǎn)方式、產(chǎn)品純度是不合適； 4、標(biāo)記、測(cè)量、鑒定的方法是否容易； 5、實(shí)驗(yàn)周期的長(zhǎng)短，核素本身和雜質(zhì)的毒性以及價(jià)格等要進(jìn)行考慮。表 幾種重要的放射性標(biāo)記核素核素T1/2無(wú)載體時(shí)的比活度主要射線種類(lèi)及能量，MeV3H12.3a1080GBq/mmol-,0.0186114C5730a2.3GBq/mmol- ,0.15532P14.28d338TBq/mmol- ,1.71135S87.4

7、d55TBq/mmol- ,0.67499Tcm6.02h1.94104TBq/mmol,0.1405123I13h8.9103TBq/mmol ,0.1590125I60.2d64TBq/mmol ,0.03548131I8.04d459TBq/mmol- ,0.6065,0.336 ,0.2843,0.3645,0.63705）放射性標(biāo)記化合物的特點(diǎn)與制備 要求 最大的特點(diǎn)是最大的特點(diǎn)是： 放射性； 不穩(wěn)定性：自身衰變、自輻射分解、標(biāo)記核素脫落、易位等。 如用3H標(biāo)記過(guò)的化合物較不穩(wěn)定。 要求要求： 1、制備放射性標(biāo)記化合物的原料來(lái)源不易，制備中應(yīng)充分利用，未標(biāo)記上的要回收； 2、生產(chǎn)規(guī)模

8、限制在微量水平，通常在10-610-3mol，在制備、分離、鑒定過(guò)程中要用到微量或超微量技術(shù)，操作中盡量減少放射性核素的稀釋?zhuān)苊庖氩槐匾妮d體； 3、要求標(biāo)記流程步驟少，時(shí)間短，盡可能在標(biāo)記的最后階段引入放射性核素，以減少其損失、副反應(yīng)的發(fā)生以及防護(hù)上的困難；（可做冷實(shí)驗(yàn)） 4、放射必核素引入到化合物指定位置并進(jìn)行純化等。8.2放射性標(biāo)記化合物的制備方法（1）化學(xué)合成 這是制備有機(jī)放射性標(biāo)記化合物經(jīng)典方法之一。主要有以下幾種： 1）逐步合成法：用最簡(jiǎn)單的含放射性核素的化合物按預(yù)定的合成路線一步一步合成復(fù)雜的有機(jī)化合物。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 放射性核素的種類(lèi)、標(biāo)記位置、標(biāo)記數(shù)量和比活度預(yù)先設(shè)計(jì)； 反

9、應(yīng)易于控制，有較好的重現(xiàn)性； 放射性核素的收率，產(chǎn)品的比活度、化學(xué)純度和放射化學(xué)純度均較高，是制備放射性標(biāo)記化合物最常用的一種方法缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 步驟繁，流程長(zhǎng)，副反應(yīng)多，純化困難等。該法應(yīng)用最多的是14C標(biāo)記的有機(jī)化合物，其主要原料是反應(yīng)堆提供的Ba14CO3。 1、 2、根據(jù)需要，合成相應(yīng)的物質(zhì)。CNBaNCBaCNKCOCOBa1421414214314/2）加成法： 利用具有雙鍵或三鍵的不飽和有機(jī)化合物作前體，將放射性核素或其簡(jiǎn)單化合物通過(guò)加成反應(yīng)，結(jié)合到前體上，達(dá)到標(biāo)記的目的。 最常用的是氚標(biāo)記。如， 此法主要用于有機(jī)物的標(biāo)記。TRCHTCHCHRCHT2223）取代法(置換法)： 有機(jī)

10、化合物分子中的原子或原子團(tuán)被放射性核素或其原子團(tuán)所置換而達(dá)到標(biāo)記目的的方法。 此法常用于氚和放射性碘的標(biāo)記。 TXRTTRX堿性溶液催化劑,2IHIRIRH1311311312 氧化劑4）間接標(biāo)記法： 把放射性核素先標(biāo)記在某種易與欲標(biāo)記物反應(yīng)的試劑，然后再與欲標(biāo)記物偶聯(lián)；借助于具有雙功能基團(tuán)的螯合劑進(jìn)行標(biāo)記，先把某種雙功能螯合劑結(jié)合以欲標(biāo)記分子上，再將放射性核素核素標(biāo)記到此螯合劑上，由此形成穩(wěn)定的放射性核素-螯合劑-欲標(biāo)記化合物復(fù)合物。 主要用于很難用于直接標(biāo)記法得到產(chǎn)品或直接標(biāo)記法能得到產(chǎn)品但損傷較大。 對(duì)于許多金屬放射性核素，要將它們標(biāo)記到蛋白質(zhì)特別是單克隆體(McAb)上去，都必須借助于

11、具有雙功能基團(tuán)的螯合劑進(jìn)行間接標(biāo)記。（2）生物合成法 生物合成法是利用動(dòng)物、植物、微生物的生理代謝過(guò)程或酶的生物活性，將簡(jiǎn)單的放射性物質(zhì)在體內(nèi)或體外引入化合物中而制得所需標(biāo)記物。 有兩大類(lèi)：全生物合成法和酶促合成法。全生物合成法全生物合成法 是利用完整的生物或其某一個(gè)器官的生理代謝過(guò)程來(lái)進(jìn)行標(biāo)記的。 常用的生物有：細(xì)菌、綠藻、酵母等低等生物。 14C-標(biāo)記物。酶促合成法酶促合成法 利用生物組織中某些特定的酶促進(jìn)標(biāo)記前體物質(zhì)的合成反應(yīng)，生成所需的標(biāo)記產(chǎn)物。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)II125125（3）同位素交換法 同位素交換法是利用同一元素的放射性同位素與穩(wěn)定同位素在兩種不同化學(xué)狀態(tài)之間發(fā)生交換反應(yīng)來(lái)制備標(biāo)

12、記化合物。 AX+BX* AX*+BX 目前同位素交換法是制備氚標(biāo)記化合物的重要方法，它也可用于放射性碘、磷、硫的標(biāo)記。 有：氣相曝射交換法；液相催化交換法。3號(hào)項(xiàng)目擴(kuò)試試驗(yàn)簡(jiǎn)介號(hào)項(xiàng)目擴(kuò)試試驗(yàn)簡(jiǎn)介 該項(xiàng)目是在某種催化劑的作用下，利用電解重水所得的氘氣用同位素交換法將重水（D2O、T2O、DTO）中的氚交換出來(lái)，其反應(yīng)式如下：T2O+D2D2O+ T2 2DTO+ D22D2O+ T2 為了測(cè)定交換的程度，將交換后的氣相物質(zhì)經(jīng)催化氧化，然后將氧化物進(jìn)行冷凝，分析其氚活度。同時(shí)還要分析交換前、后料液氚濃度的變化。 3號(hào)項(xiàng)目擴(kuò)試試驗(yàn)監(jiān)測(cè)樣品濃度跨度很大(00.58GBq/L) 。3號(hào)項(xiàng)目試驗(yàn)流程圖

13、（4）金屬絡(luò)合法 上述合成法多用于非金屬放射性核素的標(biāo)記，而用于醫(yī)用的一些金屬放射性核如 、 、 、 ， 金屬放射性核素直接形成絡(luò)合物。 絡(luò)合物又稱配位化合物，它是由一定數(shù)目的可以給出孤對(duì)電子或多個(gè)不定域電子的離子或分子與具有接受孤對(duì)電子或多個(gè)不定域電子的空位原子或離子按一定的組成和空間結(jié)構(gòu)所形成的化合物。 同兩部分組成，即中心原子及配位體構(gòu)成。 有絡(luò)合物及螯合物。mTc99Ga68,67In111Tl201（5）其它標(biāo)記方法 熱原子反沖標(biāo)記法：利用核反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的放射性原子核的強(qiáng)大反沖能量使其從原來(lái)的化合物中掙脫出來(lái)，結(jié)合到被標(biāo)記的化合物上去。14N(n,p)14C的14C與被標(biāo)記物反應(yīng)等

14、。 加速離子標(biāo)記法：利用放射性核素或其它化合物經(jīng)電離后形成離子，在電場(chǎng)中加速到一定能量，轟擊欲標(biāo)記物質(zhì)，從而制得標(biāo)記化合物。 輻射合成法：利用有機(jī)化合物輻射分解產(chǎn)生的各種自由基相互作用而得到一系列標(biāo)記化合物。（6）放射性標(biāo)記化合物的純化與質(zhì)量鑒定1）必要性： 副反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)物； 未標(biāo)記的放射性核素； 欲標(biāo)記物母體化合物； 其它雜質(zhì)； 標(biāo)記物的自行脫落等。要去除這些雜質(zhì)，必須進(jìn)行純化。2）純化方法： 萃取法、沉淀法、蒸餾法等常量物質(zhì)的分離方法進(jìn)行純化； 用色譜法、電泳法進(jìn)行微量純化。3）質(zhì)量鑒定 有物理鑒定、化學(xué)鑒定和生物鑒定。8.3單克隆抗體的標(biāo)記 用放射性核素標(biāo)記的單克隆抗體(McAb,mo

15、noclonal antibody)，由于具有特異的免疫反應(yīng)，因此可定位到某種腫瘤上。 1975年克勒等人發(fā)展了雜交瘤技術(shù)，從此可以大量制備(McAb)，111In和99Tcm等金屬放射性核素的應(yīng)用，其性能優(yōu)良于131I，使單克隆抗體技術(shù)得到了發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)了放射性免疫顯像(RII, radioimmunoimaging)和放射性免疫治療(RIT, radioimmunotherapy)的進(jìn)步。(1) 放射性核素標(biāo)記單克隆抗體的技術(shù) 單克隆抗體目前用得最多的放射性核素是111In、99Tcm、131I，其次是67Ga、68Ga、90Y、186Re、32P、77Br等。1）直接標(biāo)記法 它是通過(guò)放射性核素與蛋白質(zhì)上的碳原子形成 共價(jià)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但在許多情況下，放射性核素是金屬，只有當(dāng)這些金屬類(lèi)核素