Wstęp

Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka różniące się liczbą masową ale posiadające identyczną liczbę atomową. Innymi słowy, są to nuklidy o odmiennej liczbie neutronów w jądrze jednocześnie charakteryzujące się taką samą zawartością protonów. Za radioizotopy, inaczej izotopy promieniotwórcze, uznano izotopy nietrwałe, ulegające samorzutnej przemianie w inne izotopy lub inne pierwiastki. W wyniku powyższego procesu jądra atomowe tracą część swojej energii emitując cząstki lub kwanty promieniowania jonizującego. Zainteresowanie radioizotopami rozpoczęło się w 1896 roku, kiedy Henri Becquerel odkrył zjawisko radioaktywności podczas badania fluorescencji rud uranu. Badania nad emisją niewidzialnych promieni kontynuowali Maria i Piotr Curie (Chibowski i współaut., 2010).

Radioizotopy są stosowane w wielu dyscyplinach naukowych. W naukach biologicznych najczęściej wykorzystuje się je w biochemii, biologii molekularnej, paleontologii oraz immunologii. W poniższych podrozdziałach zostaną opisane niektóre zastosowania izotopów promieniotwórczych w wybranych naukach biologicznych. W ostatniej części pracy zostaną również omówione przykłady zastosowań radioizotopów w medycynie nuklearnej, ponieważ w ostatnich latach zaobserwowano ogromny rozwój tej dziedziny.

W biochemii i biologii molekularnej często wykorzystuje się znaczniki promieniotwórcze. Są to m.in. fosfor ³²P, tryt ³H, siarka ³⁵S, węgiel ¹⁴C oraz wapń ⁴⁵Ca. Najczęściej są one stosowane w badaniach nad pierwotnym i wtórnym metabolizmem, ekspresją genów (translacja, transkrypcja), potranslacyjnymi modyfikacjami białek, metabolizmem leków, jak również transportem metali przez membrany biologiczne. W ostatnich latach eksperymenty z wykorzystaniem radioizotopów są coraz rzadziej wykonywane, co jest związane z opracowaniem innych metod badawczych stosujących „bezpieczniejsze” reagenty. Warto podkreślić, że niedogodnością w stosowaniu izotopów promieniotwórczych jest konieczność posiadania specjalistycznych laboratoriów, a także odpowiednio przeszkolonej kadry. Jednakże, badania z zastosowaniem radioizotopów charakteryzują się wysoką rozdzielczością, czułością i dlatego, pomimo wielu trudności, są one nadal prowadzone w placówkach naukowych (Kawachi i wpółaut., 2011).

Fosfor promieniotwórczy jest emiterem cząstek β o energii ok. 1,7 MeV, a jego czas półtrwania wynosi ok. 2 tygodni. Ze względu na identyczne właściwości chemiczne, fosfor i fosfor promieniotwórczy będą tworzyły takie same związki chemiczne oraz będą metabolizowane przez organizmy w taki sam sposób. Wprowadzenie radioizotopu fosforu do organizmu zwierzęcia (odpowiednie przygotowanie pokarmu) pozwala na śledzenie migracji fosforu poprzez pomiary emitowanego promieniowania odpowiednim licznikiem. W podobny sposób można również śledzić rolę i szlaki metaboliczne mikroelementów w organizmach (Kawachi i współaut., 2011; Witten i współaut., 1956).

Fosfor promieniotwórczy jest również wykorzystywany w biologii molekularnej. Początkowo był stosowany do określania sekwencji DNA. Obecnie służy on do identyfikacji miejsca fosforylacji białek, którym jest zazwyczaj seryna i/lub treonina. Do mieszaniny reakcyjnej dodaje się [γ-³²P]ATP oraz kinazę białkową, która umożliwia przeprowadzenie fosforylacji. Reakcję zatrzymuje się poprzez dodanie kwasu trójchlorooctowego, a niezwiązany radioaktywny fosforan jest usuwany na drodze sączenia i płukania próbek na filtrach GF/C. Reaktywność badanych próbek białkowych określa się przy wykorzystaniu licznika scyntylacyjnego (Szewczuk, 2011).