放射性標記化合物的制備及其應用

1、第第8章章 放射性標記化合物的制放射性標記化合物的制備及其應用備及其應用 自1912年G. Hevesy和F. Paneth將放射性核素作為示蹤劑以來，示蹤實驗已成為目前科學研究的重要手段之一。 該技術(shù)在生物學、醫(yī)學和農(nóng)業(yè)科學等領域中，已得到了廣泛的應用，對帶有示蹤原子的標記化合物的需求量增大，標記化合物的制備就成為示蹤實驗能否進行的前題。 四十年代后期，人工放射性核素大規(guī)模生產(chǎn)； 快速制備方法與快速分離技術(shù)的發(fā)展，為半衰期短的如11C、13N、15O等作為標記物的使作提供了可能。標記化合物：標記化合物： 是指化合物中某一個或多個原子或其化學基團被其易辨認的同位素或其它易辨認的核素或基團所取代

2、而得到的產(chǎn)物。這種取代過程稱為標記。放射性標記化合物：放射性標記化合物： 若取代的核素是放射性核素，則所得產(chǎn)物就稱為放射性標記化合物。此標記過程稱為放射性標記。8.1 概述（1）標記化合物的命名 無機化合物：無機化合物： 通常只要在化合物名稱的前面注明標記核素的符號即可，如 。也可在分子式中直接注明標記核素， ； NaII 131499OTcNam 有機標記化合物有機標記化合物： 通常采用前置方括命名法，即在標記化合物名稱中表示標記核素所處部位之前加一方括號，在其中標明核素標記的位置與數(shù)目、希臘字母或詞頭以及標記核素等標示性符號： 、 。 對結(jié)構(gòu)復雜的標記化合物，當一般命名還不足以說明問題或易

3、被誤解時，宜在命名的同時附以標明位置的結(jié)構(gòu)式。COOHCHC3141COOHCHC3142 , 1（2）標記化合物的分類 按標記化合物的種類不同可分為： 無機標記化合物，如 ； 有機標記化合物， 如 ； 生物標記化合物，如 。 按標記核素的不同可分為： 同位素標記物和非同位素標記物； 金屬標記物，如 、和非金屬標記物，如 ； NaII 131葡萄糖C14紅細胞Cr51紅細胞Cr51甲胎球蛋白I131還可按標記物狀態(tài)的不同分為： 液體標記物， ； 膠體標記物， ； 固體標記物， 。溶液NaII131膠體Au198微球Y90（3）標記化合物的若干基本概念1）同位素標記與非同位素標記 同位素標記同位

4、素標記： 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、化學和生物學性質(zhì)上不會引起顯著差異，因此亦稱理想標記。131I 127I；3H 1H；14C 12C等。非同位素標記非同位素標記（非理想標記）： 用組成化合物以外的原子進行標記，非同位素標記的產(chǎn)物在性質(zhì)上所引起的變化比同位素標記要大，因此又稱非理想標記。 131I 1H，甲胎球蛋白中的H。2）定位標記與名義定位標記定位標記定位標記(S)： 指標記原子處于標記化合物的指定位置。書寫時，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。 名義定位標記名義定位標記(n)： 又稱準定位標記，指在標

5、記過程中，從標記方法預測標記原子應該在某特定位置上，而實際標記結(jié)果未作鑒定，或鑒定結(jié)果在特定位置上的標記原子數(shù)不能肯定大于95%。6，7 (n)-T-雌二醇。3）全標記與均勻標記 它們均屬于非定位標記。全標記：全標記： 用G表示，如G-T-膽固醇，指標記分子中所有穩(wěn)定位置上的氫原子都可能被標記原子所取代，但程度不同。均勻標記：均勻標記： 用U表示，指標記原子從統(tǒng)計學看，均勻地分布在標記化合物的分子中，14CO2光合作用標記葡萄糖， U-14C-葡萄糖。 非定位標記化合物只能用于研究整個分子的行為，不能用來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

6、采用。4）雙標記與多標記 雙標記、多標記雙標記、多標記 ： 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，稱為雙標記或多標記。如， 、 。 利用雙標記或多標記化合物可同時觀察兩個或多個指標，不僅可減少工作量，還可以排除和減少因個體差異所引的實驗誤差，這是單標記化合物難以達到的，但其制備較難，價格也貴。COOHNH14215COOHNHNHHC2153314（4）放射性核素的選擇 在制備放射性標記化合物時，首先必須選擇放射性核素。其原則是其原則是： 1、能否得到所需的標記化合物； 2、用這種標記化合物能否得到預期的研究結(jié)果或診斷、治療效果； 3、核

7、素的物理、化學性質(zhì)和核性質(zhì)以及生產(chǎn)方式、產(chǎn)品純度是不合適； 4、標記、測量、鑒定的方法是否容易； 5、實驗周期的長短，核素本身和雜質(zhì)的毒性以及價格等要進行考慮。表 幾種重要的放射性標記核素核素T1/2無載體時的比活度主要射線種類及能量，MeV3H12.3a1080GBq/mmol-,0.0186114C5730a2.3GBq/mmol- ,0.15532P14.28d338TBq/mmol- ,1.71135S87.4d55TBq/mmol- ,0.67499Tcm6.02h1.94104TBq/mmol,0.1405123I13h8.9103TBq/mmol ,0.1590125I60.2d

8、64TBq/mmol ,0.03548131I8.04d459TBq/mmol- ,0.6065,0.336 ,0.2843,0.3645,0.63705）放射性標記化合物的特點與制備要求 最大的特點是最大的特點是： 放射性； 不穩(wěn)定性：自身衰變、自輻射分解、標記核素脫落、易位等。 如用3H標記過的化合物較不穩(wěn)定。要求要求： 1、制備放射性標記化合物的原料來源不易，制備中應充分利用，未標記上的要回收； 2、生產(chǎn)規(guī)模限制在微量水平，通常在10-610-3mol，在制備、分離、鑒定過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，避免引入不必要的載體； 3、要求標記流程步驟少，時間短，

9、盡可能在標記的最后階段引入放射性核素，以減少其損失、副反應的發(fā)生以及防護上的困難；（可做冷實驗） 4、放射性核素引入到化合物指定位置并進行純化等。標記化合物的同位素效應與輻射自分解1、同位素效應 不能忽視因同位素效應引起標記化合物與原化合物之間產(chǎn)生的性質(zhì)上的差異。 主要是3H和14C，其它核素的同位素效應并不顯著。 在共價鍵結(jié)構(gòu)的有機化合物分子中，12C-12C的鍵能為82.6kcal.mol-1，而14C-12C的鍵能要高6-10%； 3H-O、3H-N、3H-C鍵要比1H-O、1H-N、1H-C鍵穩(wěn)定得多。2、輻射自分解分初級內(nèi)分解、初級外分解和次級分解。分初級內(nèi)分解： 它是由標記化合中放

10、射性核素衰變所造成的，核衰變結(jié)果產(chǎn)生含有子核的放射性或穩(wěn)定雜質(zhì)。初級外分解： 它是由標記的放射性核素放出的射線與標記化合物分子作用，造成化學鍵的斷裂，產(chǎn)生放射性或穩(wěn)定雜質(zhì)。次級分解： 標記化合物周圍的介質(zhì)分子，由于吸收射線的能量而被激發(fā)或電離，進而生成一系列自由基、激化分子或離子，它們再與標記化合物作用，使分子斷鍵而分解。次級分解常常是標記化合物輻射自分解的主要因素。用以下方法可減少標記化合物的分解1、降低標記化合物的比活度2、加入自由基的清除劑3、調(diào)節(jié)貯存溫度 降低溫度，使分解產(chǎn)生的自由基與標記化合物作用的速度減慢，能使標記化合物的分解減少。8.2放射性標記化合物的制備方法（1）化學合成 這

11、是制備有機放射性標記化合物經(jīng)典方法之一。主要有以下幾種： 1）逐步合成法：用最簡單的含放射性核素的化合物按預定的合成路線一步一步合成復雜的有機化合物。優(yōu)點優(yōu)點： 放射性核素的種類、標記位置、標記數(shù)量和比活度預先設計； 反應易于控制，有較好的重現(xiàn)性； 放射性核素的收率，產(chǎn)品的比活度、化學純度和放射化學純度均較高，是制備放射性標記化合物最常用的一種方法。缺點缺點： 步驟繁，流程長，副反應多，純化困難等。該法應用最多的是14C標記的有機化合物，其主要原料是反應堆提供的Ba14CO3。 1、 2、根據(jù)需要，合成相應的物質(zhì)。CNBaNCBaCNKCOCOBa1421414214314/2）加成法： 利用

12、具有雙鍵或三鍵的不飽和有機化合物作前體，將放射性核素或其簡單化合物通過加成反應，結(jié)合到前體上，達到標記的目的。 最常用的是氚標記。如， 此法主要用于有機物的標記。TRCHTCHCHRCHT2223）取代法(置換法)： 有機化合物分子中的原子或原子團被放射性核素或其原子團所置換而達到標記目的的方法。 此法常用于氚和放射性碘的標記。 TXRTTRX堿性溶液催化劑,2IHIRIRH1311311312 氧化劑4）間接標記法： 把放射性核素先標記在某種易與欲標記物反應的試劑，然后再與欲標記物偶聯(lián)； 借助于具有雙功能基團的螯合劑進行標記，先把某種雙功能螯合劑結(jié)合到欲標記分子上，再將放射性核素核素標記到此

13、螯合劑上，由此形成穩(wěn)定的放射性核素-螯合劑-欲標記化合物復合物。 主要用于很難用于直接標記法得到產(chǎn)品或直接標記法能得到產(chǎn)品但損傷較大。 對于許多金屬放射性核素，要將它們標記到蛋白質(zhì)上，特別是單克隆體(McAb)上去，都必須借助于具有雙功能基團的螯合劑進行間接標記。（2）生物合成法 生物合成法是利用動物、植物、微生物的生理代謝過程或酶的生物活性，將簡單的放射性物質(zhì)在體內(nèi)或體外引入化合物中而制得所需標記物。 有兩大類：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器官的生理代謝過程來進行標記的。 常用的生物有：細菌、綠藻、酵母等低等生物。 14C-標記物。海綠藻合成

14、14C均勻標記的多種氨基酸： 1、海綠藻避光24h，造成“光饑餓”； 2、通入14CO2，光照36h，使14CO2隨光合作用摻藻體細胞內(nèi)； 3、從標記的海綠藻中提取蛋白質(zhì)； 4、將其水解，用離子交換或薄層色譜法分離水解產(chǎn)物，可得到14C標記的16種氨基酸。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標記前體物質(zhì)的合成反應，生成所需的標記產(chǎn)物。酶促合成法也可作是應用物殊催化劑的化學合成法。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狀態(tài)之間發(fā)生交換反應來制備標記化合物。 AX+BX* AX*+BX 目前同位素交換法是制

15、備氚標記化合物的重要方法，它也可用于放射性碘、磷、硫的標記。 有：氣相曝射交換法；液相催化交換法。氣相曝射交換法氣相曝射交換法 原理：將欲標記物置于高比活度的氚氣中曝射，借助于氚衰變的輻射能量誘導氚-氫發(fā)生交換反應，從而得到氚標記物。 此法反應速度慢、能產(chǎn)生各種副反應和輻射分解產(chǎn)物。改正： 一是用高頻放電、X射等能量來激活或電離氚和被標記物； 二擴大氚與被標記物的接觸面； 三反應體系中加入催化劑等。（4）金屬絡合法 上述合成法多用于非金屬放射性核素的標記，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合物。 絡合物又稱配位化合物，它是由一定數(shù)目的可以給出孤對電子或多個

16、不定域電子的離子或分子與具有接受孤對電子或多個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。 mTc99Ga68,67In111Tl201 由兩部分組成，即中心原子及配位體構(gòu)成。Cu(NH3)4SO4 Cu：中心原子； NH3：配位體； N：配位原子； 4：配位數(shù)。 螯合物 具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡合物為螯合物。 把能形成螯合物的配位體稱為螯合劑。 螯合劑分子或離子具有兩個或兩個以上的配位原子同量與一個中心離子或原子配位，形成一個或多個包含中心離子或原子在內(nèi)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如銅離子與兩個乙二胺分子配位時可形成螯合離子：（5）其它標記方法 熱原子反沖標記法：利用核反應過程中產(chǎn)生的放射性原子

17、核的強大反沖能量使其從原來的化合物中掙脫出來，結(jié)合到被標記的化合物上去。14N(n,p)14C的14C與被標記物反應等。 加速離子標記法：利用放射性核素或其它化合物經(jīng)電離后形成離子，在電場中加速到一定能量，轟擊欲標記物質(zhì)，從而制得標記化合物。 輻射合成法：利用有機化合物輻射分解產(chǎn)生的各種自由基相互作用而得到一系列標記化合物。（6）放射性標記化合物的純化與質(zhì)量鑒定1）必要性： 副反應產(chǎn)生副產(chǎn)物； 未標記的放射性核素； 欲標記物母體化合物； 其它雜質(zhì)； 標記物的自行脫落等。 要去除這些雜質(zhì)，必須進行純化。2）純化方法：常量物質(zhì)的分離方法進行純化： 萃取法； 沉淀法； 蒸餾法等。微量純化 色譜法；

18、電泳法進行。3）質(zhì)量鑒定 有物理鑒定、化學鑒定和生物鑒定。8.3單克隆抗體的標記 用放射性核素標記的單克隆抗體(McAb,monoclonal antibody)，由于具有特異的免疫反應，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，同時促進了放射性免疫顯像(RII, radioimmunoimaging)和放射性免疫治療(RIT, radioimmunotherapy)的進步。(1) 放射性核素標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。標記的方法有直接、間接標記法。1）直接標記法 它是通過放射性核素與蛋白質(zhì)上的碳原子形成共價鍵來實現(xiàn)的。但在許多情況下，放射性核素是金屬，只有當這些金屬類核素對蛋白質(zhì)具有很強的親