Применение радиотрейсеров в биомедицинских исследованиях

Если в глубокой древности человек приручал огонь, то в двадцатом веке он приручал радиоактивность. Радиоактивность, так же как и огонь, существует в разных формах и может использоваться для разных целей. В современном мире применения радиоактивности чрезвычайно разнообразны.

Примерно такими словами начинается небольшой, но очень емкий обзор The uses of radiotracers in the life sciences, посвященный использованию радиотрейсеров в биологии и медицине. Он вышел в журнале Reports on Progress in Physics, причем до середины января статья находится в свободном доступе (но только надо на сайте журнала завести аккаунт).

Радиотрейсеры -- это радиоактивные изотопы тех или иных элементов с коротким периодом полураспада (от нескольких минут до нескольких дней). Такие изотопы приготавливаются одним из трех способов: как продукты деления урана или плутония в реакторах, при бомбардировке мишеней протонами, разогнанными на циклотронах, или в так называемых генераторах, в которых из цепочки распада относительно долгоживущих изотопов выделяются короткоживущие. Кстати, в обзоре довольно подробно описана методика всех трех способов.

Полученные ядра "одеваются" в электронные оболочки, а затем их быстро внедряют в те или иные молекулы, и полученный препарат вводят человеку или животному. Вещество проникает в организм и накапливается в той или иной ткани. Спустя некоторое время оно распадается с излучением фотона, позитрона или других частиц. Далее типичные сценарии могут быть такие:

• Фотонно-эмиссионная компьютерная томография (SPECT): радиотрейсер (обычно метастабильный изомер технеция ^99mTc) излучает один-единственный фотон, обычно с небольшой энергией сотни кэВ, который регистрируется детектором. При этом с помощью коллимации удается примерно узнать направление прилета фотонов, на основании чего компьютер вычисляет распределение источника в пространстве.
  
• Позитронно-эмиссионная томография (PET): излучается позитрон, который аннигилирует с каким-нибудь электроном и порождает два фотона, разлетающихся примерно в противоположных направлениях, которые и регистрируются кольцом детекторов. По сравнению со SPECT, PET позволяет определить положение "излучателя" без коллимации по пересечению хорд (каждая пара фотонов определяет хорду, на которой должен лежать источник). Недостатком является то, что позитрон перед аннигиляцией может пропутешествовать несколько миллиметров внутри тела, что приводит к смазыванию картинки.
  
• Радиоиммунный анализ (RIA): радиотрейсерами помечаются антигены, которые связываются (например, в крови) со специфическими белками. В зависимости от того, сколько связалось помеченных антигенов, можно узнать, сколько было "свободных" белков, а значит, можно вычислить концентрацию исходно присутствовавших непомеченных антигенов. В этом методе нет необходимости строить распределение в пространстве, достаточно измерить только концентрацию связанных антигенов.
  
• Локальная радиотерапия: радиоактивное вещество накапливается в тканях со злокачественными образованиями и, распадаясь, оказывает на них радиационное воздействие. Такой метод метод лучше, чем обычная радиотерапия (пусть даже и адронная), при котором тело просвечивается рентгеном или пучками частиц насквозь. Некоторые использующиеся для такой терапии изотопы могут также испускать и гамма-кванты, что позволяет легко наблюдать за их активностью с помощью SPECT.
  
• Еще более "нацеленная" радиотерапия: внедрить радионуклид в антитела, которые сами находят раковые клетки и связываются с ними. После излучения альфа- или бета-частицы, ближайшая (т.е. связанная) клетка повреждается с большей вероятностью, чем более далекие. В последние годы начали появляться коммерчески-доступные препараты с мечеными антителами.
  

Вообще, в статье есть еще и история развития радиомедицины, и перечень используемых сейчас радиотрейсеров и их получение/использование, и краткое описание попыток распространить методику радиомечения и для экосистем.