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放射性药物与核医学 靶向分子如何携带诊断与治疗用放射性核素精确进入病灶，并在核衰变动力学、器官清除与细胞辐射损伤之间取得平衡。
直觉 直觉：活体内部发光的分子微型灯塔 设想向血液循环中派遣微观侦察兵，它们特异性结合在肿瘤细胞上，同时携带着微小的放射性灯笼。由于人体软组织对高能伽马射线几乎是透明的，体外的灵敏探测器无需外科手术就能精确定位这些侦察兵聚集的位置。如果将灯笼换成发射高能粒子的核素，辐射便能在微米级射程内精准摧毁癌细胞的DNA，同时最大程度保护周围的健康组织。
选择放射性核素查看其伽马发射能谱：用于 SPECT 显像的 99mTc 单一 140.5 keV 能量峰、用于 PET 的 18F 电子湮灭 511 keV 符合峰，以及兼具显像与治疗功能的 131I（80、284、364、637 keV）和 177Lu（113、208 keV）多能量伽马峰。 中学阶段 中学阶段：诊断显像技术与示踪剂化学 定义: 诊断显像模态：SPECT 与 PET 的原理对比
单光子发射计算机断层成像（SPECT）使用装有重铅准直器的旋转伽马照相机检测单能量伽马光子（通常在 100-250 keV 范围）。正电子发射断层成像（PET）则利用探测器环捕捉 β + \beta^+ β + 180 ∘ 180^\circ 18 0 ∘
临床常用示踪剂体现了多样的放射性标记化学策略。锝-99m（t 1 / 2 = 6.01 h t_{1/2} = 6.01\text{ h} t 1/2 = 6.01 h γ \gamma γ X 99 X 2 2 99 M o / X 99 m T c \ce{^{99}Mo/^{99m}Tc} X 99 X 2 2 99 Mo / X 99 m Tc [ X 99 m X 2 2 99 m T c O X 4 ] − [\ce{^{99m}TcO4}]^- [ X 99 m X 2 2 99 m TcO X 4 ] − S n X 2 + \ce{Sn^2+} Sn X 2 + X 99 m X 2 2 99 m T c − s e s t a m i b i \ce{^{99m}Tc-sestamibi} X 99 m X 2 2 99 m Tc − sestamibi X 99 m X 2 2 99 m T c − M D P \ce{^{99m}Tc-MDP} X 99 m X 2 2 99 m Tc − MDP X 99 m X 2 2 99 m T c − M A A \ce{^{99m}Tc-MAA} X 99 m X 2 2 99 m Tc − MAA t 1 / 2 = 109.8 min t_{1/2} = 109.8\text{ min} t 1/2 = 109.8 min [ X 18 X 2 2 18 F ] FDG [\ce{^{18}F}]\text{FDG} [ X 18 X 2 2 18 F ] FDG
诊断与治疗核医学中的主要放射性核素 核素 发射类型 物理半衰期 主要能量 临床主要应用 X 99 m X 2 2 99 m T c \ce{^{99m}Tc} X 99 m X 2 2 99 m Tc 同质异能跃迁（IT） 6.01 小时 140.5 keV 伽马射线 SPECT 心肌灌注、骨显像、甲状腺显像 X 18 X 2 2 18 F \ce{^{18}F} X 18 X 2 2 18 F 正电子发射（beta+） 109.8 分钟 511 keV（湮灭光子） PET 肿瘤代谢（[18F]FDG）、神经系统 X 68 X 2 2 68 G a \ce{^{68}Ga} X 68 X 2 2 68 Ga 正电子发射（beta+） 67.7 分钟 511 keV（湮灭光子） PET 诊疗对偶显像（PSMA、DOTATATE） X 131 X 2 2 131 I \ce{^{131}I} X 131 X 2 2 131 I Beta- 衰变伴随伽马发射 8.02 天 beta- 最大606 keV; gamma 364 keV 甲状腺癌清甲治疗与甲亢放射性靶向治疗 X 177 X 2 2 177 L u \ce{^{177}Lu} X 177 X 2 2 177 Lu 中能量 Beta- 衰变伴随低能伽马 6.65 天 beta- 最大498 keV; gamma 113, 208 keV 靶向核素治疗（神经内分泌瘤、前列腺癌） X 223 X 2 2 223 R a \ce{^{223}Ra} X 223 X 2 2 223 Ra Alpha 衰变链发射 11.4 天 alpha 5.7 MeV（衰变链共4个粒子） 去势抵抗性前列腺癌骨转移定向靶向治疗
大学 大学阶段：生物动力学、双功能螯合剂与有效半衰期 放射性金属阳离子（如 L u X 3 + , A c X 3 + , Y X 3 + , G a X 3 + \ce{Lu^3+}, \ce{Ac^3+}, \ce{Y^3+}, \ce{Ga^3+} Lu X 3 + , Ac X 3 + , Y X 3 + , Ga X 3 + 双功能螯合剂 （BFCA）将其牢固锁定，一端通过多齿配体包合放射性金属，另一端经间隔链共价偶联到靶向多肽或抗体上。大环螯合剂 DOTA 能与三价镧系（L u X 3 + \ce{Lu^3+} Lu X 3 + A c X 3 + \ce{Ac^3+} Ac X 3 + log K > 22 \log K > 22 log K > 22 G a X 3 + \ce{Ga^3+} Ga X 3 +
1 T eff = 1 T phys + 1 T bio ⟹ T eff = T phys ⋅ T bio T phys + T bio \frac{1}{T_{\text{eff}}} = \frac{1}{T_{\text{phys}}} + \frac{1}{T_{\text{bio}}} \quad \implies \quad T_{\text{eff}} = \frac{T_{\text{phys}} \cdot T_{\text{bio}}}{T_{\text{phys}} + T_{\text{bio}}} T eff 1 = T phys 1 + T bio 1 ⟹ T eff = T phys + T bio T phys ⋅ T bio 例题: 甲状腺放射性清甲治疗中碘-131的有效半衰期计算
一名甲状腺癌术后患者接受放射性碘化钠（X 131 X 2 2 131 I \ce{^{131}I} X 131 X 2 2 131 I X 131 X 2 2 131 I \ce{^{131}I} X 131 X 2 2 131 I T phys = 8.02 天 T_{\text{phys}} = 8.02\text{ 天} T phys = 8.02 天 T bio = 80.0 天 T_{\text{bio}} = 80.0\text{ 天} T bio = 80.0 天 T eff T_{\text{eff}} T eff
解答 代入调和平均公式：T eff = T phys ⋅ T bio T phys + T bio = 8.02 × 80.0 8.02 + 80.0 = 641.6 88.02 ≈ 7.29 天 T_{\text{eff}} = \frac{T_{\text{phys}} \cdot T_{\text{bio}}}{T_{\text{phys}} + T_{\text{bio}}} = \frac{8.02 \times 80.0}{8.02 + 80.0} = \frac{641.6}{88.02} \approx 7.29\text{ 天} T eff = T phys + T bio T phys ⋅ T bio = 8.02 + 80.0 8.02 × 80.0 = 88.02 641.6 ≈ 7.29 天 f decay = λ phys λ eff = T eff T phys = 7.289 8.02 ≈ 0.909 = 90.9 % f_{\text{decay}} = \frac{\lambda_{\text{phys}}}{\lambda_{\text{eff}}} = \frac{T_{\text{eff}}}{T_{\text{phys}}} = \frac{7.289}{8.02} \approx 0.909 = 90.9\% f decay = λ eff λ phys = T phys T eff = 8.02 7.289 ≈ 0.909 = 90.9% 90.9 % 90.9\% 90.9% 9.1 % 9.1\% 9.1%
常见错误. 在放射剂量学评估中切勿混淆物理半衰期与有效半衰期：即使核素物理半衰期长达 8 天，若生物代谢在 15 分钟内将其清除排出体外，组织所接受的辐射剂量将微乎其微（T bio ≪ T phys ⟹ T eff ≈ T bio T_{\text{bio}} \ll T_{\text{phys}} \implies T_{\text{eff}} \approx T_{\text{bio}} T bio ≪ T phys ⟹ T eff ≈ T bio T phys ≪ T bio ⟹ T eff ≈ T phys T_{\text{phys}} \ll T_{\text{bio}} \implies T_{\text{eff}} \approx T_{\text{phys}} T phys ≪ T bio ⟹ T eff ≈ T phys 进阶 高级阶段：诊疗一体化、线能量传递与 MIRD 内照射剂量学 诊疗一体化 （Theranostics）范式使用完全相同的靶向载体将分子诊断与核素治疗无缝结合。例如神经内分泌瘤患者首先进行 [ X 68 X 2 2 68 G a ] Ga-DOTATATE [\ce{^{68}Ga}]\text{Ga-DOTATATE} [ X 68 X 2 2 68 Ga ] Ga-DOTATATE [ X 177 X 2 2 177 L u ] Lu-DOTATATE [\ce{^{177}Lu}]\text{Lu-DOTATATE} [ X 177 X 2 2 177 Lu ] Lu-DOTATATE 线能量传递 （LET）：Beta 粒子（如 X 177 X 2 2 177 L u 、 X 131 X 2 2 131 I \ce{^{177}Lu}、\ce{^{131}I} X 177 X 2 2 177 Lu 、 X 131 X 2 2 131 I 0.2 keV / μ m 0.2\text{ keV}/\mu\text{m} 0.2 keV / μ m 1 - 5 mm 1\text{-}5\text{ mm} 1 - 5 mm X 223 X 2 2 223 R a 、 X 225 X 2 2 225 A c \ce{^{223}Ra}、\ce{^{225}Ac} X 223 X 2 2 223 Ra 、 X 225 X 2 2 225 Ac 80 - 100 keV / μ m 80\text{-}100\text{ keV}/\mu\text{m} 80 - 100 keV / μ m 40 - 80 μ m 40\text{-}80\ \mu\text{m} 40 - 80 μ m
D ( r T ) = ∑ r S A ~ ( r S ) ⋅ S ( r T ← r S ) = ∑ r S ( ∫ 0 ∞ A ( r S , t ) d t ) S ( r T ← r S ) D(r_T) = \sum_{r_S} \tilde{A}(r_S) \cdot S(r_T \leftarrow r_S) = \sum_{r_S} \left(\int_0^\infty A(r_S, t)\,dt\right) S(r_T \leftarrow r_S) D ( r T ) = r S ∑ A ~ ( r S ) ⋅ S ( r T ← r S ) = r S ∑ ( ∫ 0 ∞ A ( r S , t ) d t ) S ( r T ← r S ) 在内照射吸收剂量学中，国际通用的 MIRD（Medical Internal Radiation Dose）规范将靶器官 r T r_T r T D ( r T ) D(r_T) D ( r T ) r S r_S r S A ~ ( r S ) \tilde{A}(r_S) A ~ ( r S ) S ( r T ← r S ) S(r_T \leftarrow r_S) S ( r T ← r S ) S S S Gy / ( Bq ⋅ s ) \text{Gy}/(\text{Bq}\cdot\text{s}) Gy / ( Bq ⋅ s ) X 99 X 2 2 99 M o \ce{^{99}Mo} X 99 X 2 2 99 Mo t 1 / 2 = 65.9 h t_{1/2} = 65.9\text{ h} t 1/2 = 65.9 h X 100 X 2 2 100 M o ( p , 2 n ) X 99 m X 2 2 99 m T c \ce{^{100}Mo}(p,2n)\ce{^{99m}Tc} X 100 X 2 2 100 Mo ( p , 2 n ) X 99 m X 2 2 99 m Tc
实验安全. 放射性药物的配制、标记与分装必须在经过严格法定许可的放射性药物洁净室和装有重铅屏蔽、层流负压通风柜、活度计及远程机械手的热室（Hot cell）内由专业人员完成。临床注射与治疗必须严格遵守国家核安全法规、ALARA（合理可行尽量低）辐射防护原则及放射性排泄物衰变隔离规定。本课件内容仅供理论教学与学术探讨。 历史注记
玛丽·居里（Marie Curie）于 1898 年发现钋与镭，并在第一次世界大战前线亲自组建巡回 X 射线战地救护车（被称为“小居里车”），奠定了电离辐射在医学诊断中的先驱地位。20 世纪 20 至 30 年代，乔治·德·海维西（George de Hevesy）开创性地提出了同位素示踪原理并阐明了动物代谢机制，荣获 1943 年诺贝尔化学奖。1958 年，哈尔·安格（Hal Anger）发明了采用掺铊碘化钠晶体与光电倍增管阵列的闪烁伽马照相机，开启了现代核医学断层显像的黄金时代。
玛丽·居里
参考文献 Physics in Nuclear Medicine · S. R. Cherry, J. A. Sorenson, M. E. Phelps, 2012 Radiopharmaceutical therapy in cancer: clinical advances and challenges · G. Sgouros, L. Bodei, M. R. McDevitt, J. R. Nedrow, 2020 Phase 3 Trial of 177Lu-Dotatate for Midgut Neuroendocrine Tumors · J. Strosberg et al., 2017