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1、核素示踪技术核素示踪技术2023/4/141第1页，此课件共41页哦Introduction概概 述述n n放射性核素示踪技术是核医学诊断与研放射性核素示踪技术是核医学诊断与研究的方法学基础。究的方法学基础。核医学任何诊断技核医学任何诊断技术和方法都是建立在示踪技术的基础之术和方法都是建立在示踪技术的基础之上的。上的。没有示踪原理就没有核医学没有示踪原理就没有核医学。2023/4/142第2页，此课件共41页哦什么是示踪技术？什么是示踪技术？What is tracing technique?n n什么是示踪？什么是示踪？n n什么是放射性核素示踪技术？什么是放射性核素示踪技术？2023/4/
2、143第3页，此课件共41页哦1923年年 Hevesy 212Pb植物不同部位铅含量植物不同部位铅含量 32P磷在生物体内代谢磷在生物体内代谢1952年年 Hershey 32P、35S DNA遗传信息遗传信息1959年年 Berson、Yalow RIAMeselson、Stahl DNA半保留复制半保留复制 RNA-DNA逆转录、遗传的三联密码、细胞逆转录、遗传的三联密码、细胞周期、微量物质测量等均离不开示踪技术。周期、微量物质测量等均离不开示踪技术。2023/4/144第4页，此课件共41页哦第一节第一节 核素示踪原理与特点核素示踪原理与特点2023/4/145第5页，此课件共41页哦
3、为什么用放射性核素作为示踪剂？为什么用放射性核素作为示踪剂？2023/4/146第6页，此课件共41页哦35S32P35S32P子代子代分离蛋白质外壳分离蛋白质外壳及及DNADNA内核，并测内核，并测量放射性量放射性蛋白质外壳无放蛋白质外壳无放射性，射性，DNADNA上有上有放射性！放射性！DNADNA是遗传物质！是遗传物质！2023/4/147第7页，此课件共41页哦一、示踪原理一、示踪原理（Principle）1 1、示踪剂与被示踪物有同一性（、示踪剂与被示踪物有同一性（同一性同一性）n n放射性核素或标记化合物（示踪剂）与相对放射性核素或标记化合物（示踪剂）与相对应的同位素和化合物（被示
4、踪物）具有相同应的同位素和化合物（被示踪物）具有相同的化学和生物学特性，同样参与转化过程，的化学和生物学特性，同样参与转化过程，因此基本上能够反映被研究物质的行为。被因此基本上能够反映被研究物质的行为。被标记的物质也能代表非标记物的行为。标记的物质也能代表非标记物的行为。2023/4/148第8页，此课件共41页哦2 2、示踪剂与被测物质的可区别性（、示踪剂与被测物质的可区别性（可测可测性性）n n放射性核素能自发地放射出射线。利用放射性核素能自发地放射出射线。利用高灵敏度的仪器可对示踪剂进行精确的高灵敏度的仪器可对示踪剂进行精确的定量、定位、定性探测。动态观察各种定量、定位、定性探测。动态观
5、察各种物质在生物体内的量变规律。物质在生物体内的量变规律。一、示踪原理（一、示踪原理（Principle）2023/4/149第9页，此课件共41页哦二、核素示踪实验的特点二、核素示踪实验的特点n n灵敏度高：灵敏度高：灵敏度高：灵敏度高：标记物比放高，化学量小，作超微量分析标记物比放高，化学量小，作超微量分析标记物比放高，化学量小，作超微量分析标记物比放高，化学量小，作超微量分析可达可达可达可达ngngpgpgpgpg。n n特异性强：特异性强：特异性强：特异性强：每一种检测项目，都有专一的标记物。每一种检测项目，都有专一的标记物。每一种检测项目，都有专一的标记物。每一种检测项目，都有专一的
6、标记物。n n方法简便、准确性好：方法简便、准确性好：核射线的测量受外界、核射线的测量受外界、pHpH、温度等条件影响小。温度等条件影响小。温度等条件影响小。温度等条件影响小。n n符合生理条件：符合生理条件：体内核医学的各种检查，不干扰机体体内核医学的各种检查，不干扰机体体内核医学的各种检查，不干扰机体体内核医学的各种检查，不干扰机体内环境，对细胞代谢无损伤。内环境，对细胞代谢无损伤。内环境，对细胞代谢无损伤。内环境，对细胞代谢无损伤。n n定性、定量、定位检测和研究：定性、定量、定位检测和研究：定性、定量、定位检测和研究：定性、定量、定位检测和研究：除超微量分析外，与电除超微量分析外，与电
7、除超微量分析外，与电除超微量分析外，与电镜结合能进行亚细胞水平的定位分析。镜结合能进行亚细胞水平的定位分析。镜结合能进行亚细胞水平的定位分析。镜结合能进行亚细胞水平的定位分析。2023/4/1410第10页，此课件共41页哦三、基本类型三、基本类型n n1 1、整体示踪、整体示踪n n2 2、离体示踪、离体示踪n n3 3、双（多）标记示踪、双（多）标记示踪2023/4/1411第11页，此课件共41页哦四、示踪实验方法学四、示踪实验方法学1 1、选择合适示踪剂、选择合适示踪剂2 2、选择合适测定方法、选择合适测定方法3 3、示踪剂量的估算、示踪剂量的估算4 4、示踪剂的引入途径、示踪剂的引入
8、途径5 5、放射性样品的制备、放射性样品的制备6 6、数据采集、数据采集2023/4/1412第12页，此课件共41页哦1 1、选择合适的示踪剂、选择合适的示踪剂（1 1）射线类型）射线类型（2 2）半衰期）半衰期（3 3）放化纯度）放化纯度（4 4）衰变产物的毒性）衰变产物的毒性（5 5）比活度）比活度（）核素标记位置（）核素标记位置2023/4/1413第13页，此课件共41页哦2 2、选择合适的测定方法、选择合适的测定方法n n根据射线类型采用不同的测定方法根据射线类型采用不同的测定方法n n射线多用液闪测量，射线多用液闪测量，射线多采固体闪烁测射线多采固体闪烁测量，而量，而射线由于其发
9、射体核素多有毒，故射线由于其发射体核素多有毒，故不常采用。不常采用。n n此外，还可以采用放射自显影、动物用此外，还可以采用放射自显影、动物用SPECT/PET来进行测量。来进行测量。2023/4/1414第14页，此课件共41页哦3 3、示踪剂的估算、示踪剂的估算n n示踪剂用量最好是通过预实验来确定。示踪剂用量最好是通过预实验来确定。n n原始比活度的可根据下式计算：原始比活度的可根据下式计算：ACE/D2B A：原始比活度：原始比活度 C：原始放射性示踪剂用量：原始放射性示踪剂用量 E：仪器的探测效率：仪器的探测效率 D：稀释倍数：稀释倍数 B：仪器的本底：仪器的本底2023/4/141
10、5第15页，此课件共41页哦n例：例：静脉注射示踪剂，被观察组织摄取该示踪剂的量约占静脉注射示踪剂，被观察组织摄取该示踪剂的量约占总量的总量的1%1%，拟，拟，拟，拟10天后取样，在此期间示踪剂从该组织中天后取样，在此期间示踪剂从该组织中天后取样，在此期间示踪剂从该组织中天后取样，在此期间示踪剂从该组织中消失约为摄入量的消失约为摄入量的消失约为摄入量的消失约为摄入量的90%90%，取样约占该组织的，取样约占该组织的10%10%，仪器测，仪器测，仪器测，仪器测量效率为量效率为量效率为量效率为50%50%，本底为，本底为125cpm125cpm。计算：计算：最少放射性最少放射性dpm：125250
11、%=500dpm125250%=500dpm 取样时该组织的总取样时该组织的总取样时该组织的总取样时该组织的总dpmdpm：50010%=5000dpm50010%=5000dpm 初始时该组织的总初始时该组织的总dpmdpm：50005000（1-90%）1%=5101%=5106 6dpm 初始引入的示踪剂用量：初始引入的示踪剂用量：5105106 60=83.8KBq 60=83.8KBq2023/4/1416第16页，此课件共41页哦4 4、示踪剂的引入途径、示踪剂的引入途径5 5、放射性样品的制备、放射性样品的制备6 6、数据采集、数据采集2023/4/1417第17页，此课件共41
12、页哦第二节第二节 相关核素示踪技术相关核素示踪技术一、核素稀释法一、核素稀释法二、物质转化示踪技术二、物质转化示踪技术三、物质吸收、分布、排泄三、物质吸收、分布、排泄四、细胞动力学四、细胞动力学五、核素示踪动力学五、核素示踪动力学2023/4/1418第18页，此课件共41页哦一、核素稀释法一、核素稀释法1、基本原理、基本原理 根据化学物质稀释前后质量相等的原理，根据化学物质稀释前后质量相等的原理，即已知比活度为即已知比活度为S1、质量为、质量为m1的标记物和的标记物和质量为质量为m2的同一种化学形态的非标记物均的同一种化学形态的非标记物均匀混合时，标记分子被非标记物稀释，混合匀混合时，标记分
13、子被非标记物稀释，混合物的比活度物的比活度S2比比S1低，混合前后总放射性低，混合前后总放射性相等。即：相等。即：S2（m1+m2）=S1m1 若若m2m1，则：，则：S2m2=S1m12023/4/1419第19页，此课件共41页哦n n如分析对象为液体，以及稀释前后物质在深如分析对象为液体，以及稀释前后物质在深液中的浓度基本不变，则可用放射性浓度液中的浓度基本不变，则可用放射性浓度（如（如dpm/ml）代替放射性比活度，用稀释）代替放射性比活度，用稀释前后的前后的v代替质量代替质量m，则上式可写成：，则上式可写成：C2（v1+v2）=C1v1 若若C2C1，则：，则：C2v2=C1v120
14、23/4/1420第20页，此课件共41页哦2 2、正稀释法、正稀释法n n用已知量的标记物为示踪剂来测定未知量用已知量的标记物为示踪剂来测定未知量的非标记物的稀释法称为核素正稀释法。的非标记物的稀释法称为核素正稀释法。n n求求m2（v2）2023/4/1421第21页，此课件共41页哦例例1：n n用放射性浓度为用放射性浓度为用放射性浓度为用放射性浓度为3103106 6cpm/mlcpm/ml的的的的125125I-HSA1mlI-HSA1ml注入一成注入一成注入一成注入一成人体内，待平衡后取静脉血人体内，待平衡后取静脉血人体内，待平衡后取静脉血人体内，待平衡后取静脉血1ml1ml，测其
15、放射性浓度为，测其放射性浓度为，测其放射性浓度为，测其放射性浓度为500cpm/ml，问该人的血容量是多少？，问该人的血容量是多少？，问该人的血容量是多少？，问该人的血容量是多少？n nC1=3106 6cpm/ml v1=1mlcpm/ml v1=1mln nC2=500cpm/ml C2=500cpm/ml 求求v2？C2C2（v1+v2）=C1v1=C1v1 因因C2C1C2C1，则：，则：C2v2=C1v1 310 3106 61=500v2 1=500v2 v2=310 v2=3106 6/500=6000ml/500=6000ml2023/4/1422第22页，此课件共41页哦例例
16、2：n n欲测蛋白质水解液中天冬氨酸的含量，将欲测蛋白质水解液中天冬氨酸的含量，将欲测蛋白质水解液中天冬氨酸的含量，将欲测蛋白质水解液中天冬氨酸的含量，将5mg5mg比活度为比活度为比活度为比活度为17kBq/mg17kBq/mg的标记天冬氨酸加放水解液，混匀后分离出的标记天冬氨酸加放水解液，混匀后分离出的标记天冬氨酸加放水解液，混匀后分离出的标记天冬氨酸加放水解液，混匀后分离出一部分纯天冬氨酸，测得其比活度为一部分纯天冬氨酸，测得其比活度为一部分纯天冬氨酸，测得其比活度为一部分纯天冬氨酸，测得其比活度为0.37kBq/mg，求该水解液中天冬氨酸的含量。求该水解液中天冬氨酸的含量。n nS1=
17、17kBq/mg m1=5mgS1=17kBq/mg m1=5mgn nS2=0.37kBq/mg m2S2=0.37kBq/mg m2？S2S2（m1+m2m1+m2）=S1m1=S1m1 0.37（5+m25+m2）=175=175 m2=225mg 225-5=220mg m2=225mg 225-5=220mg 则该水解液中天冬氨酸的含量为则该水解液中天冬氨酸的含量为则该水解液中天冬氨酸的含量为则该水解液中天冬氨酸的含量为220mg220mg。2023/4/1423第23页，此课件共41页哦2 2、反稀释法、反稀释法n n用已知量的非标记物测定样品中标记物含量用已知量的非标记物测定样品
18、中标记物含量的稀释方法。的稀释方法。因标记物的量极微，或混有其他放射性杂质，因标记物的量极微，或混有其他放射性杂质，直接测量无法准确获得标记物的量，故加入直接测量无法准确获得标记物的量，故加入已知的非标记物混匀后，测得放射性，运用已知的非标记物混匀后，测得放射性，运用公式：公式：S2（m1+m2）=S1m1或或C2（v1+v2）=C1v1，此时，此时S1、S2、m2（C1、C2、v2）已知，）已知，求的是求的是m1（v1）。2023/4/1424第24页，此课件共41页哦3 3、核素稀释法的优点、核素稀释法的优点n n最大优点：最大优点：不需待测物质定量回收不需待测物质定量回收。尤其是。尤其是
19、以下情况以下情况 （1 1）未知物质无法定量分离；）未知物质无法定量分离；（2 2）需要快速分析；）需要快速分析；（3 3）需分离的物质浓度很低；）需分离的物质浓度很低；（4 4）测量整体分布容积。）测量整体分布容积。2023/4/1425第25页，此课件共41页哦二、物质转化示踪技术二、物质转化示踪技术n n示踪剂可以与被示踪物一样参与机体内的运示踪剂可以与被示踪物一样参与机体内的运行、分布并参与机体的各种转化、代谢过程。行、分布并参与机体的各种转化、代谢过程。n n运用各种标记物前体，来判断前体与产物之运用各种标记物前体，来判断前体与产物之间的关系，如转化速度、转化部位、转化所间的关系，如
20、转化速度、转化部位、转化所需条件、转化过程、转化影响因素等。需条件、转化过程、转化影响因素等。2023/4/1426第26页，此课件共41页哦1 1、掺入实验、掺入实验*A时间时间P测量测量有放射性有放射性无放射性无放射性A是是P的前体的前体A不是不是P的前体的前体*APB放射性依次出现放射性依次出现A先转化成先转化成B，再由，再由B转化为转化为P2023/4/1427第27页，此课件共41页哦（1 1）主要技术参数）主要技术参数1 1）掺入百分率（相对参入量）掺入百分率（相对参入量）掺入百分率掺入百分率掺入百分率掺入百分率=产物放射性产物放射性产物放射性产物放射性/前身物放射性前身物放射性前
21、身物放射性前身物放射性100%100%2 2）相对比活度）相对比活度 相对比活度相对比活度相对比活度相对比活度=产物的比活度产物的比活度/前身物的比活度前身物的比活度前身物的比活度前身物的比活度100%2023/4/1428第28页，此课件共41页哦（2 2）应用举例）应用举例nn3H-TdR 掺入掺入3H-TdRH-TdRDNA淋巴细胞转淋巴细胞转化实验化实验机体免疫功能机体免疫功能其他增殖细其他增殖细胞实验胞实验细胞细胞周期周期细胞细胞增殖增殖肿瘤细肿瘤细胞实验胞实验LAK细胞活性细胞活性NK细胞活性细胞活性肿瘤免疫肿瘤免疫+化疗药物化疗药物肿瘤药敏肿瘤药敏2023/4/1429第29页，
22、此课件共41页哦3 3、吸收、分布、排泄、吸收、分布、排泄n n（1 1）物质吸收率、吸收部位的研究）物质吸收率、吸收部位的研究n n（2 2）物质分布与转运的研究）物质分布与转运的研究2023/4/1430第30页，此课件共41页哦四、细胞动力学四、细胞动力学2023/4/1431第31页，此课件共41页哦细胞周期细胞周期n n细胞周期（细胞周期（细胞周期（细胞周期（cell cyclecell cyclecell cyclecell cycle）是指从一次分裂结束到下次分）是指从一次分裂结束到下次分）是指从一次分裂结束到下次分）是指从一次分裂结束到下次分裂终止所经历的历程，它包括细胞生长和
23、分裂周期。通常裂终止所经历的历程，它包括细胞生长和分裂周期。通常裂终止所经历的历程，它包括细胞生长和分裂周期。通常裂终止所经历的历程，它包括细胞生长和分裂周期。通常将细胞周期分为四个时相（将细胞周期分为四个时相（将细胞周期分为四个时相（将细胞周期分为四个时相（phasephasephasephase），即），即），即），即DNADNADNADNA全成期（全成期（全成期（全成期（S S S S期）期）期）期）、有丝分裂期（、有丝分裂期（、有丝分裂期（、有丝分裂期（M M M M期）、复制前期（期）、复制前期（G1G1期）、复制后期）、复制后期）、复制后期）、复制后期（期（期（期（G2G2期）。期
24、）。期）。期）。n n一个细胞完成有丝分裂后，并非所有细胞都可进入一个细胞完成有丝分裂后，并非所有细胞都可进入一个细胞完成有丝分裂后，并非所有细胞都可进入一个细胞完成有丝分裂后，并非所有细胞都可进入G1G1期，期，期，期，其中部分细胞不进入下一个细胞周期而处于其中部分细胞不进入下一个细胞周期而处于其中部分细胞不进入下一个细胞周期而处于其中部分细胞不进入下一个细胞周期而处于“静止静止静止静止”状状状状态，这种细胞被称为静止细胞或休止细胞以及态，这种细胞被称为静止细胞或休止细胞以及态，这种细胞被称为静止细胞或休止细胞以及态，这种细胞被称为静止细胞或休止细胞以及G0G0G0G0期细期细期细期细胞。胞
25、。胞。胞。2023/4/1432第32页，此课件共41页哦无增殖能力无增殖能力细胞或凋亡细胞或凋亡细胞细胞死亡死亡G0期期G1期期2nDNAS期期2-4n DNAG2期期4nDNAM期期2023/4/1433第33页，此课件共41页哦常有术语常有术语1 1、时间参数：、时间参数：TG1TG1：G1G1期持续时间期持续时间 TG2TG2：G2G2期持续时间期持续时间 TSTS：S S期持续时间期持续时间 TMTM：M M期持续时间期持续时间 TCTC：一个细胞周期持续时间：一个细胞周期持续时间2023/4/1434第34页，此课件共41页哦2 2、指数：、指数：LILI：标记指数标记指数（标记细
26、胞在群体中所占比（标记细胞在群体中所占比例）例）GFGF：生长指数生长指数（处于增殖状态细胞在群体（处于增殖状态细胞在群体中所占比例）中所占比例）MIMI：有丝分裂指数有丝分裂指数（有丝分裂细胞在群体（有丝分裂细胞在群体中所占比例）中所占比例）2023/4/1435第35页，此课件共41页哦原理原理n n细胞动力学研究，最重要的是对细胞进行细胞动力学研究，最重要的是对细胞进行标记。胸腺嘧啶核苷（标记。胸腺嘧啶核苷（TdRTdR）是）是DNADNA的特有的特有前身物，处于前身物，处于S S期细胞能摄取期细胞能摄取TdRTdR合成合成DNADNA。将将3 3H-TdRH-TdR或或1414C-Td
27、RC-TdR放入实验培养体系中，放入实验培养体系中，它只能被它只能被S S期细胞摄取，而不改变期细胞摄取，而不改变DNADNA分分子的生物、化学特性。根据探测到的子的生物、化学特性。根据探测到的3 3H H或或1414C C量可以了解被标记细胞的增殖、分化和量可以了解被标记细胞的增殖、分化和消亡规律。消亡规律。2023/4/1436第36页，此课件共41页哦方法方法（一）一次标记一次取样法（一）一次标记一次取样法 将将3 3H-TdRH-TdR加入细胞培养加入细胞培养151530min30min，洗涤后做，洗涤后做放射自显影，计算标记细胞，并按公式计算放射自显影，计算标记细胞，并按公式计算标记
28、指数（标记指数（LILI）LI=Ns/NcLI=Ns/Nc Ns Ns：标记细胞数；：标记细胞数；NcNc：处于细胞周期中的：处于细胞周期中的总数总数 在一个稳定细胞群体中，细胞处于某时相的在一个稳定细胞群体中，细胞处于某时相的细胞数量与该时相的时间呈正比，故：细胞数量与该时相的时间呈正比，故：LI=Ts/TcLI=Ts/Tc2023/4/1437第37页，此课件共41页哦（二）一次标记多次取样法二）一次标记多次取样法 又称有丝分裂百分率法。即一次标记后，又称有丝分裂百分率法。即一次标记后，在一定时间内多次取样，用放射自显影或液在一定时间内多次取样，用放射自显影或液闪测量，观察闪测量，观察M
29、M期（有丝分裂期）细胞中标期（有丝分裂期）细胞中标记细胞的比例，即有丝分裂标记百分比记细胞的比例，即有丝分裂标记百分比（PLMPLM）。）。PLM=PLM=标记标记M M期细胞数期细胞数/M/M期细胞总数期细胞总数 以以PLMPLM为纵坐标，时间为横坐标可得为纵坐标，时间为横坐标可得PLMPLM曲曲线线2023/4/1438第38页，此课件共41页哦TG2TMTsTcTcTsTG1 +TG2TG22023/4/1439第39页，此课件共41页哦细胞动力学的应用细胞动力学的应用n n1 1、肿瘤的同步化治疗、肿瘤的同步化治疗n n2 2、肿瘤监测、肿瘤监测n n3 3、上皮增生性病变的细胞动力学
30、研究、上皮增生性病变的细胞动力学研究2023/4/1440第40页，此课件共41页哦五、示踪动力学五、示踪动力学n n了解各种物质在体内的运动规律，并通过数了解各种物质在体内的运动规律，并通过数学运算求出相应的物质的动力学参数，称为学运算求出相应的物质的动力学参数，称为示踪动力学。主要应用于药理学。示踪动力学。主要应用于药理学。n n当前，生物医学工程研究制备了许多蛋白类当前，生物医学工程研究制备了许多蛋白类药物，该类药物的示踪动力学主要是采用放药物，该类药物的示踪动力学主要是采用放射性核素标记该药物进行的。在所有示踪动射性核素标记该药物进行的。在所有示踪动力学研究手段中，核素示踪动力学是最简便，力学研究手段中，核素示踪动力学是最简便，也是最可靠的示踪动力手段。也是最可靠的示踪动力手段。2023/4/1441第41页，此课件共41页哦