Radiotrazadores (PPT) - Centro de Investigaciones Nucleares

Report
Radiotrazadores
MSc. Victoria Calzada
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Desde su descubrimiento los radionucleidos han sido
utilizados para detectar su presencia y sus
desplazamientos temporales en diversos procesos físicos,
químicos y biológicos.
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La detección de permite su localización en función del
tiempo y así determinar características de un proceso.
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Con detectores y técnicas computacionales es posible el
desarrollo y la construcción de proyecciones
representativas bi- y tri-dimensionales.
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Los Radiotrazadores son compuestos que contienen
uno o más átomos radioactivos que permiten su
detección y medición.
Un radiotrazador tiene la misma o similar composición
química y se comporta en idéntica forma que el
compuesto de interés y se utiliza en cantidades muy
pequeñas para no perturbar el sistema en estudio.
La radiación emitida por este es detectable por
sistemas
externos (contador Geiger; contador de
centelleo; Ge o Si de alta resolución, etc.).
Existe una gran variedad de radiotrazadores con
aplicaciones específicas en las distintas disciplinas.
Ventajas
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Alta sensibilidad
Detección “en-línea” (inmediata)
Compatibilidad físico-química con sistema en estudio
Disponibilidad de gran variedad de radiotrazadores
Análisis no destructivo y repetible
Aplicable a macro- y micro sistemas
Económico
Baja interferencia
Consideraciones básicas:
1) Los isotopos radioactivos se comportaran de la misma
manera que el isotopo estable del mismo elemento.
-Esto no es exactamente así por el efecto isotópico
(cambios en las masas producen cambios en la tasa de
reacción o equilibrio). Sin embargo, en la mayoría de los
casos esto no afecta la utilidad como radiotrazador.
-El grado de estabilidad del enlace químico esta
directamente relacionado a la raíz cuadrada de las masas de
los isotopos involucrados, por lo que el efecto isotópico
podría ser relevante solamente en elementos con una masa
atómica ≤25 u.

Efecto isotópico: La diferencia es el comportamiento
entre los diferentes isótopos de un mismo elemento se
debe a las diferentes masas. Esta diferencia de masa
afectará a la energía cinética de las moléculas (dando
lugar a los efectos isotópicos físicos) o afectará las
propiedades de vibración y rotación de las moléculas
(dando lugar a los efectos químicos de isótopos).
2) La radioactividad no deberá cambiar las propiedades químicas y
físicas del sistema.
-La cantidad de actividad empleada deberá ser la mínima
necesaria para permitir un conteo eficiente de las muestras a ser
analizadas. Esto dependerá a su vez de varios factores como el
tipo de emisión y sistema con el que se va a trabajar.
-Afortunadamente los métodos para medir radioactividad son
muy sensibles por lo que difícilmente ocurra un daño
significativo.
El resultado del decaimiento radioactivo usualmente da un
elemento químico distinto. Uno debería asegurarse que la
presencia de esa especie diferente y los equilibrios no afectarán
los resultados.
3) En estudios biológicos, no deberá haber desviación del
estado fisiológico normal.
Si para lograr una detección suficiente del trazador, el nivel
químico del compuesto dado excede en gran medida el
nivel fisiológico o químico normal, los resultados
experimentales serán cuestionables. Por lo tanto la
actividad específica del radiotrazador deberá ser lo
suficientemente alta para ser administrado dentro de los
límites fisiológicamente normales.
4) La forma química y física del radionucleido. El compuesto
marcado deberá comportarse de la misma forma que la
variedad no marcada.
El radionúclido y el nucleido estable deben someterse a
intercambio isotópico. Esto significa que el trazador y el
átomo estable deben estar en el mismo estado redox.
La pureza radioquímica de un compuesto no debe ser
asumida.
Radiolisis
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Daño en las moléculas por efecto de la radiación
Autorradiolisis
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Efecto de la radiación que emite el radionucleido
presente en la molécula marcada
Clasificación
I. Radiolisis primaria interna. Al decaer el radionucleido da lugar a otro
elemento, cambia su valencia y generalmente se rompe la molécula
II. Radiolisis primaria externa. La molécula marcada sufre el daño de la
radiación (especialmente b) producida por otras moléculas marcadas
presentes en el medio.Aumenta al aumentar la actividad específica
III. Radiolisis secundaria. Radionucleido de la molécula marcada 
Solvente Producción de radicales libres Otras moléculas marcadas
se dañan
Métodos para minimizar la radiolisis
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Reducir Actividad Específica
Dispersar en diluyente adecuado (solventes, celulosa, etc.)
Adicionar secuestrantes de radicales libres (benzeno,
etanol, glicerol, ácido ascórbico, cisteína, proteínas carrier)
Almacenar a temperatura baja
Almacenar a pH óptimo
5) Solamente los átomos radioactivos son trazadores.
-Nunca asuma que la apariencia de la etiqueta radioactiva en una
muestra dada indica la presencia del compuesto administrado. Se
trata de los átomos marcados que se están siguiendo, no el
compuesto intacto.
-En reacciones metabólicas puede ocurrir la escisión del átomo
radioactivo a partir del compuesto original, pero también pueden
ocurrir reacciones de intercambio, y así la eliminación de átomos
lábiles del compuesto marcado.
-El grado de intercambio químico es fuertemente dependiente
de las especies moleculares implicadas, la posición del
radionucleido en la molécula, y los factores ambientales (fluidos
biológico, pH, etc).
Preparación
En ciertos experimentos, los radionucleidos primarios se
pueden usar directamente, pero por lo general el
investigador quiere asegurar un compuesto marcado
totalmente para su uso en experimentos de
radiotrazadores.
Métodos de marcación
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Intercambio
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Isotópico
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No isotópico
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Biosíntesis
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Síntesis química
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Reacciones nucleares
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Reacciones de retroceso
Clasificación:
En función de
Nombre
Elemento
Posición
Ejemplos
Elemento
Isotópico
Igual elemento
Igual posición
Eritrocina-B-131I
No isotópico
distinto elemento
Igual posición
Seleniometionina75Se
Simple
Un solo lugar
Seleniometionina75Se
Múltiple
Más de un lugar
Ácido benzoico-3H
Multiplicidad
Localización
Mixto
Más de un RN
Uniforme
Un solo RN
Específico
Nominal
CH23H-14COOH
Más de un lugar
Nomenclatura
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Nombre + grupo funcional
L-valina (carboxil-14C)
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Nombre + posición RN
L-valina-1-14C

[Posición] + nombre
[1-14C]-L-valina
Características del radionucleido
Forma química definida
 t1/2 adecuado al marcado y al uso
 No debe alterar estructura ni propiedades químicas de la molécula marcada
 Actividad específica elevada
 Elevada pureza
 Tipo de emisión:
Poseen masa y carga eléctricas ( α ; β )
-Baja penetración (rango)
-Altamente ionizantes
-Baja detección externa

Sin masa ni carga
-Alta penetración (rango)
-Escaso poder ionizante
-Alta detección externa
Consideraciones Prácticas
La viabilidad de los experimentos con radiotrazadores suele depender de ciertos
factores entre los que se incluyen:
Disponibilidad
Un factor principal es si un radioisótopo del elemento a ser rastreado está disponible
con las características adecuadas (t1/2, la energía de partículas, actividad específicas
posible, la radiación emitida debería ser relativamente fácil de detectar. Un segundo
factor es si el compuesto marcado está disponible comercialmente o puede
sintetizarse fácilmente.

Cantidad de radiotrazador necesaria para el experimento.
Los experimentos con radiotrazadores deberán en general involucrar cantidades
pequeñas de radiotrazador.

Evaluación de riesgos. Irradiación y contaminación
En la gran mayoría de los experimentos de radiotrazadores, el peligro de la radiación
externa directa no representa un problema grave.
Uso de un emisor alfa o beta: posibilidad de ingestión del radiotrazador, en particular
los conocidos por tener un período de semidesintegración largo. Muestra que forma
aerosoles o es un polvo seco en alguna etapa del experimento.
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Aplicaciones
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Medicina nuclear
Ciencias naturales
Agricultura alimentos
Fisiología vegetal
Entomología
Biología marina
Estudios microambientales
Recursos hidrológicos.
Humedad de suelos
Salinidad de suelos
Toxicología ambiental
Distribución dinámica
Sedimentación
Control de erosión
Humedad de suelos
Aplicaciones Químicas
Separación química
-separaciones por precipitación.
-dependencia del pH, el volumen de eluyente y factores
similares en separación de iones metálicos mediante
intercambio iónico.
 Utilización de radiotrazadores para estudiar la presencia y
propiedades de intercambio isotópico
 Estudio de los mecanismos de reacción química.
 Rearreglos moleculares

Aplicaciones Biológicas In-vitro

Autorradiografía: es el método más antiguo. Una
muestra radiactiva se coloca en una emulsión
fotográfica. Después de un período de tiempo, la
película se desarrolló y la ubicación precisa del
material radiactivo en la muestra se determina a
partir del patrón de oscurecimiento en la película. Por
lo tanto, autorradiografía se utiliza para localizar los
radionucleidos en una sección de tejido, muestra
bruta, o cromatograma.
Radioinmunoensayo (RIA)
-Es un método altamente sensible para la determinación de
las cantidades de hormonas, fármacos, vitaminas, enzimas,
virus, antígenos tumorales, y proteínas de suero en
muestras biológicas.
-Se basa en la reacción inmunológica de anticuerpos y
antígenos. Uno comienza con ya sea un antígeno o
anticuerpo marcado con un marcador radiactivo tal como
3H, 14C o 125I.
-Así RIA es una forma especial de análisis por dilución
isotópica (AIF).
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Análisis de ADN
-El análisis de ADN es ampliamente utilizado para identificar personas,
establecer la paternidad, la detección de enfermedades genéticas, etc.
Se extrae el ADN de una muestra de sangre, piel, cabello, semen, etc.
-Este ADN se corta en piezas que utilizan enzimas que cortan cada lado de
una secuencia repetida. El resultado es una mezcla de segmentos de ADN de
diferente tamaño.
-Los fragmentos separados espacialmente se dejan reaccionar con
radiomarcados "sondas de genes". Estas contienen fragmentos de ADN
radiomarcados específicos que se unen sólo a los segmentos de ADN que
contienen una secuencia de nucleótidos que es complementaria a su propia.
-Los fragmentos de ADN originales continuación, se identifican por el ADN
marcado radiactivamente que ha reaccionado con ellos, por lo general por
autorradiografía.
-El patrón físico en la autorradiografía es un patrón de las secuencias de ADN
y tamaños.
Aplicaciones Biológicas In-vitro
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Medicina Nuclear. Radiotrazadores como agentes imagenológicos.
-La medicina nuclear se ocupa de la utilización de la radiación y
la radioactividad para diagnosticar y tratar la enfermedad. Las dos
áreas principales de la actividad, el diagnóstico y la terapia,
involucran diferentes métodos y consideraciones para el uso
radiotrazador (Radiofármaco).
-El diagnóstico por radiotrazadores es para formación de
imágenes de órganos específicos, los huesos o tejidos.
-Los nucleidos utilizados para la formación de imágenes deben
emitir fotones con una energía de entre 100 y 200 keV.
-Tomografía puede implicar imágenes generadas por la transmisión de
radiación a través del cuerpo o mediante la incorporación de radionucleidos
en el cuerpo y la detección de la radiación emitida (tomografía de emisión).
Para la tomografía por emisión, las técnicas de imagen pueden incluir:
Centellografía
y SPECT se utilizan sobre todo para el cerebro y imágenes
cardiacas y oseas. Los radionúclidos que se emplean son 99mTc, 67Ga, 111In, 123I ,
y demás emisores de fotones simpes.
PET,
nucleidos emisores de positrones, tales como 18F, 11C, 15O, o 13N se
introducen en una región a ser estudiada. Los dos fotones de 0,511 MeV, que
se producen cuando los positrones son aniquilados, surgen en direcciones
opuestas y definen una línea que pasa por el punto donde se ha producido la
aniquilación. Los dos fotones se detectan en coincidencia por una matriz de
detectores de centelleo. PET se utiliza principalmente para estudios dinámicos
del cerebro, el corazón y los pulmones. 11C , 18FDG. Otros nucleidos, como
15O, se pueden utilizar para estudiar el flujo sanguíneo y el volumen.
Aplicaciones ambientales
Herramienta para medir la dinámica de muchos procesos físicos y biológicos.
 Medir patrones de flujo, de dispersión.
 Radiotrazadores se han empleado en los estudios de los procesos físicos y
biológicos en la atmósfera y en la hidrosfera.
-estudios atmosféricos, patrones de flujo de aire en investigaciones a gran y pequeña
escala, la dispersión de contaminantes atmosféricos procedentes de diversas fuentes, e
identificación de las fuentes de diversos contaminantes.
-medición de patrones generales de circulación de agua y diversas características del
ciclo hidrológico, incluyendo la precipitación, la escorrentía y el caudal, las existencias
totales de agua, infiltración, los problemas de agua subterránea, tales como el origen y
la edad de las aguas , su velocidad de flujo y la dirección, evaporación transporte y la
producción de aerosoles.
 Muchos estudios de naturaleza biológica, tales como la dispersión de contaminantes,
la absorción, y la concentración en el ecosistema, han implicado el uso de
radiotrazadores. 137Cs , 210Pb, 7B.
Trazadores radiactivos tienen varias ventajas importantes sobre
trazadores convencionales para estudios ambientales.
-La detectabilidad del trazador no está influenciada por las
propiedades físicoquímicas del medio ambiente
-Debido a que la radiación nuclear, particularmente la radiación
gamma que es altamente penetrante, el trazador puede ser
detectado, como cuando se emplea enterrado en el suelo
- Mejor sensibilidad de detección debido al alto factores de
dilución.
- Debido a trazadores de vida media corta los experimentos se
pueden repetir varias veces sin dañar el medio ambiente o la
obtención de resultados erróneos debido a la persistencia de
trazadores de los experimentos anteriores en que el medio
ambiente.
-En muchos casos, radiotrazadores son el método más barato de
rastreo de flujo de contaminante.
Uso Industrial
Hay un gran número de usos industriales para
radiotrazadores.
 Varias aplicaciones industriales implican la determinación
de los caudales y volúmenes líquidos. Para ello se
introduce el trazador en la corriente de líquido y se mide
la actividad como una función de la distancia.

Estudios de corrosión.
Modern Nuclear Chemistry
Escrito por Walter D. Loveland,David J.
Morrissey,Glenn T. Seaborg
http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TRS423_web.pdf
Gracias!

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