Hoofdstuk 7Radioactieve merkers• Algemeen

Voorwaarden voor gebruik Selectie van radiotracers Productie Voor- en nadelen van gebruik

• Isotoopverdunning (IDA) • Radio-immuno assay (RIA)

en analoge methoden (ELISA)

Algemene beschouwingen

• 1913 (Von Hevesy) 210Pb als merker voor bodem plant migratie-studies

• Merkers– verloop van chemische reactie/fysisch proces volgen– plaats van chemische verbinding/modificatie aanduiden

(bvb. in een specifiek orgaan van een levend wezen)

• Radioactieve merkers– bevatten radionuclide eenvoudige activiteitsmeting– kwalitatieve informatie: bv. toestand van een systeem– kwantitatieve informatie: concentratiebepaling

Voorwaarden voor gebruik• Hoofdveronderstellingen

– radioactief bestanddeel gedraagt zich op exact dezelfde wijze als niet-actief bestanddeel

– geen verstoring van het te bestuderen systeem• bvb. door uitgezonden straling, …• tracer meestal in kleine hoeveelheden aanwezig

• Isotoop-effect– meestal weinig belangrijk, maar vele uitzonderingen– radio-isotoop massa-verschil t.o.v. stabiel isotoop

soms andere reactiesnelheid– Soms ander vibratiegedrag: fund,A-B hangt af van

– entropieveranderingen andere evenwichtskonstanten

– combinatie van kinetische/entropische/energetische verschillen

BA

BAAB mm

mm

Selectie van radiotracers

• Rekening houden met– fysische/chemische compatibiliteit

bv. 125I of 131I bij studie van schildklieractiviteit

– halfwaardetijd (toediening bij mensen)• kort genoeg: meetbare activiteit tijdens experiment• lang genoeg: minstens even lang als total duur exp.

– stralingstype: vermijden van storingen (,)– praktische overwegingen:

• kostprijs, beschikbaarheid (merker, detector)

Productie vanradiotracers

• natuurlijk voorkomende: – 3H, 14C, Th-, U-isotopen

• artificiële aanmaak– in nucleaire reactoren

/diverse versnellers– (n,) reacties

-, -actieve radionucliden– fissieproducten– uitgebreide reeks

commerciële radionucliden

Nuclide t1/2 Stralingstype3H 12,3 y 14C 5730 y 24Na 14,96 h 32P 14,28 d

36Cl 3 x 105 y

40K 1.3 x 109 y 42K 12,36 h 45Ca 163 d 51Cr 27,7 d 56Mn 2,58 h 52Fe 8,28 h 59Fe 44,5 d 60Co 5,3 y 65Zn 243,8 d 67Ga 3,26 d 72Ga 14,1 h 75Se 119,8 d 82Br 35,3 h 90Sr 29,1 y

99Mo-99mTc 65,9 h - 6,0 h 128I 25 min

133mXe 5,24 d 137Cs 30,17 y 140Ba 12,75 d 192Ir 73,8 d 198Au 2,69 d 204Tl 3,78 y 210Pb 22,3 y

Voor- en nadelen

• Voordelen– verbeteren van de gevoeligheid gebruik van lage merkerconcentraties (toxiciteit)– minder dure detectieapparatuur (bv. MS)– autoradiografische detectie (bvb. bij

gelelectroforese)

– vervalproces: niet beïnvloed door T, licht, ci, pH

• Nadelen– laboratoria: gepaste uitrusting/toelatingen– radioactief afval– inbouw soms duur/tijdrovend

Isotoop verdunning (IDA)

• Principe– specifieke activiteit verandert niet

tijdens chemische processen

• Direct IDA

– gekende hoeveelheid (massa) radiotracer y+ onbekende hoeveelheid x (inactief)

y

AS y

yx

AS yx

ya

Amx

yxyx

yx

yx

m

a

Na afscheiden, zuiver en wegen:

Isotoop verdunning (IDA)

• Voorbeeld: onbekende Co oplossing– toegevoegd: y = 7,5 mg 60Co in 10 mL, A = 340 cpm– na mengen: Co-neerslag via electrodepositie,

– massa Co: mx+y = 10,3 mg, activiteit: ax+y= 178 cpm

Specifieke activiteit van Co: 178 cpm/10,3 mg = 17,3 cpm/mg massa Co+60Co in neerslag: 340 cpm/17,3 cpm/mg = 19,6 mg massa Co in neerslag: 19,6 – 7,5 mg = 12,1 mg

yAa

mx

yx

yx

Toepassingen van IDA

• Kwantitatieve isolatie is moeilijk/onmogelijk– bvb. bepaling van I- in halogenide-mengsel– 128I als merker toevoegen– neerslag van halogeniden:

I- (H2SO4, MnO2) oxideren tot I2 I2-damp zuivere I2-damp condenseert op koud oppervlak

– I- bepaling op basis van massa/activiteit condensaat

• Kwantitatieve isolatie mogelijk maar tijdrovend– bvb. Co in staal (snelle procedure tijdens staalproductie)– oplossen van vloeibaar staal in zuur + toevoegen 60Co– Electrodepositie massa/activiteit van Co

Toepassingen van IDA

• Sporenniveau/grote verliezen tijdens analyse– o.a. bij neerslagvorming aan wanden van recipiënten– bvb. 10-100 ppm Sr in mineraalkorrels– toevoegen van Sr-radioisotoop na oplossen/scheiding

maakt kwantitatieve bepaling van al het Sr overbodig

• Enkel gedeeltelijke analyse mogelijk– bvb. bepaling totaal bloedcelvolume patiënt/proefdier

– injectie met 52Fe (t½ = 8,3 h) of 59Fe (t½ = 44,5 d)

– na 1 h (evenwichtinstelling): afname 1 mL bloed Schatting totale Fe-hoeveelheid, totaal bloedcelvolume

Stabiele-isotoop IDA

• Massaspectrometrische isotoopverhouding– oplossing met onbekende hoeveelheid Sr (m)– Natuurlijke abundanties: 88Sr: 82.58%, 84Sr: 0.56%– toevoegen van 1.0 pg 84Sr

+ bepaling van de isotoopverhouding

• Algemeen geval: binair isotoopmengsel AX/BX– oorspronkelijk: A, B isotoopfracties

– spike: A, B; met massa y

pg6,910,1

0,50

0056,0pg0,1

8258,0

][

][84

88

mm

m

Sr

Sr

yV

Vx

yx

yxV

ABAB

BABA

BB

AAAB

]X[

]X[B

A

Radio-immuno assay (RIA)

• Antigenen en antilichamen– lichaamsvreemde stoffen: antigenen– reactie van immunologisch systeem: anti-lichamen

• Antilichamen – Immunoglobulinen: IgA, IgM, IgD, IgE, IgG (gamma)– Y-vormige structuur

– Specifiekeantigen- antilichaamreactie

Merking van antilichamen

• Inbouw van 125I (-straler, t½ = 59,4 d)– ook 3H, 14C: vloeibare scintillatiemeting– inbouw in aromatische ringen van aminozuren

TyrosineHistidine

– chloramine-T iodinatie• Zachte oxidatie

van 125I- naar 125I+

• Electrofiele additie op aromatische ringen

– andere methoden

Competitieve RIA

• Procedure1. samenbrengen van (serum)staal +

reagentia2. incubatieperiode (Ag-Al +Ag*-Al binding)3. afscheiding van de Ag-Al + Ag*-Al

complexen4. activiteitsmeting

• Competitie tussen– te doseren anti-gen: Ag– gemerkte equivalent: Ag*

Competitieve RIA

• Onbekende serum oplossing– te doseren hoeveelheid: CAg

– toegevoegd: CAg* en CAl (substoichiometrisch)

– zelfde affiniteit tussen antilichaam en gewone/gemerkte antigenen

– Verhouding gewone/gemerkte complexen

]*][[

]*[

]][[

][

AlAg

AlAg

AlAg

AlAgK

]*])[[]([

]*[][

AlAgAg

AlAgAlAg

Ag

Ag

C

C

Ag

Ag

AlAg

AlAg *

][

*][

][

]*[

RIA calibratiecurven

• Reeks standaardoplossingen (CAg)– met identieke hoeveelheid CAg*, CAl toegevoegd

– substoichiometrische hoeveelheid Al: CAl [Ag* - Al]+[Ag - Al]

– [Ag*]+[Ag] = (CAg* – [Ag* - Al]) - (CAg – [Ag - Al]) CAg* – CAg + CAl

*])[]([

]*[][

*][

]*[

][

][*

AgAg

AlAgAlAg

Ag

AlAg

Ag

AlAg

F

B

AlAgAg

Al

CCC

C

F

B

*

RIA calibratiecurven

• Schema: verband tussen CAg en (B/F)

Linearisatie v/d calibratiecurve

• (B/F) vs. log CAg

• Logit transformatie: logit(y) = ln[y/(1 - y)]

AgAlAgAg

Al

AlAgAgAl

AlAgAgAl CbaCCC

C

CCCC

CCCC

F

Blog

2ln

)(1

)(lnlogit

**

*