Pamedic关注｜ 核素及其医学应用

一、核素的定义

核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一类原子核所组成的元素。

二、核素的分类

核素分为稳定核素和不稳定核素。在稳定核素的原子核中，质子与中子的斥力和引力达到平衡状态，从而形成牢固的原子核。而不稳定核素则会自发地放出射线（如α射线、β射线等），通过衰变形成稳定的核素，不稳定核素也被称为放射性核素。

在发现的3000多种核素中，稳定核素只有不到300种，其余均为放射性核素，其中自然界天然存在的放射性核素只有二十余种，其余则通过反应堆或加速器产生。

钍-232以及作为原子弹主要装药的铀-235，都是天然存在的放射性核素。而用于放射性核素检测仪器-X射线荧光分析仪中的锶-90、在医学中碘-131的β射线可用于治疗甲状腺疾病，其γ射线可用于甲状腺、肝、肺等脏器的扫描以及肾、甲状腺等脏器的功能测定等的放射性核素，则是人工放射性核素。

三、放射性衰变

放射性衰变（核衰变）是指核素的原子核因质子数或中子数过多或偏少而发生不稳定状态，从而蜕变成另一种核素并发射出射线的过程。主要有α衰变、β衰变和γ衰变三种形式，还有自发裂变、缓发质子、缓发中子等。

α衰变：原子核自发放射α射线（α粒子流），即带正电的氦原子核。α粒子穿透能力差，但电离能力强。目前在放射性药物里基于α衰变的核素有Ac-225、Ra-223、At-211等。

β衰变：原子核自发放射β粒子（电子或正电子）或俘获轨道电子，射程为几米，用金属板或有机玻璃板可阻挡。目前在RDC药物里基于β衰变的核素有Lu-177、Re-188、Cu-67等，PET/CT常用的核素F-18。

γ衰变：α或β衰变后形成的新核素原子核处于激发态，发出γ光子（电磁波）释放能量回到稳定态/基态。γ射线穿透性强，医疗常用的锝-99m（99mTc）主要用于单光子断层扫描（SPECT），就是通过99mTc从亚稳态衰变回基态时发出的γ粒子进行检测。此外，γ射线在医疗器械和食品领域也被广泛应用于辐照灭菌。

四、半衰期

放射性核素在衰变过程中放出的能量称为衰变能，而原子核数量衰变到原来数量一半所需的时间称为半衰期。每种放射性核素都有特有的半衰期，其范围从几百万分之一秒到几十亿年。

五、医用同位素应用

全球约有100多种放射性同位素已应用于医学领域，30余种常用于疾病诊断和治疗，主要包括：

99mTc：用于心、脑、肾、肺、骨等多种器官的SPECT成像。

125I：用于肿瘤治疗和体外放射性免疫分析。

131I：用于甲亢和甲状腺癌的治疗。

14C：用于呼气实验。

177Lu：用于神经内分泌肿瘤和前列腺癌等肿瘤的靶向治疗。

18F：用于肿瘤、心肌、中枢神经系统、骨骼等的PET成像。

90Y：用于肝癌栓塞、肿瘤靶向、类风湿关节炎及血友病的治疗。

89Sr：用于肿瘤骨转移治疗。

68Ge:通过68Ge-68Ga（锗-68/镓-68）发生器来生产68Ga，68Ga是一种用于正电子发射断层扫描（PET）的放射性示踪剂，可以用于标记多种生物分子，进而用于医学成像，包括但不限于肿瘤成像、神经退行性疾病的诊断以及心血管疾病的评估。

另外，Ac-225被视为具有巨大治疗潜力的医用同位素。它通过发射高能量的α粒子，可以在核素靶向治疗（TAT）中用于治疗多种癌症。这些α粒子具有很短的穿透路径，但能量传递高，使得Ac-225在摧毁癌细胞的同时，对健康细胞的影响较小。Ac-225可以与特定分子载体结合，这些载体能够将其精准地运送到肿瘤细胞或肿瘤微环境中。根据目前的研究，其在前列腺癌、神经内分泌肿瘤、胰腺癌、黑色素瘤、白血病等治疗方面较好的靶向和杀死癌细胞的作用。

六、核医学成像

核医学成像利用放射性同位素的示踪作用，通过放射性核素衰变过程中发射的射线进行成像。根据使用同位素的类型，核医学成像分为SPECT和PET。

SPECT（单光子发射计算机断层成像术）：利用放射性同位素衰变过程中发射的γ射线（能量为100~300keV）为探测对象，它的穿透力强，引入体内后容易被核医学探测仪器在体外探测到，所以适用于显像，同时光子在组织内的电离密度较低，机体受电离辐射的损伤较小，因此诊断用单光子显像放药多采用发射γ光子的同位素及其标记物，比如常用同位素99mTc。

PET（正电子发射断层成像术）：在生物生命代谢中的必须物质(如葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸)或靶向载体(如靶向多肽)上标记短寿命且能发射正电子的放射性同位素(如18F、11C等)，在衰变过程中释放出正电子，在行进十分之几毫米到几毫米后遇到一个电子并湮灭，从而产生一对511keV的光子，被高度灵敏的照相机捕捉经计算机处理后便可得到诊断药物在生物体内聚集情况的三维图像。

七、核素治疗

核素治疗是利用放射性同位素在衰变过程中发射的α射线或β射线的辐射生物效应，实现对病变组织的抑制或破坏。治疗原理是利用放射性同位素或其标记化合物高度选择性地聚集在病变部位，通过局部照射，使病变细胞失去繁殖能力、引起代谢紊乱、促进细胞衰老或死亡，从而达到治疗目的。此外，利用其他类型的能量射线（如中子、γ光子、质子、重离子等）进行肿瘤治疗也属于放射治疗的范畴。这些治疗方法通过对肿瘤的精确定位和辐照，有效清除病变细胞，达到治疗效果。

人类从发现核素并用于疾病治疗已有一百多年历史，随着科技进步，核素治疗领域不断取得突破性进展。放射性核素在医学中的广泛应用，不仅极大提升了疾病诊断的精确度，更在治疗方面展现了巨大的潜力。磐美迪控股作为一家致力于构建核医药产学研诊疗一体的国际化企业，致力于推动核素在医学诊断和治疗方面的应用与创新。公司通过整合全球资源，构建产学研一体化平台，不断探索前沿科技，以期为全球患者提供更精准、更有效的医疗服务。