Nicht-radioaktive Tracer: Eine sensible Alternative für medizinische und biologische Forschung

Einleitung

Ein Tracer ist ein Isotop, das überwacht werden kann, während es sich durch die Wege eines lebenden Systems oder Organismus bewegt. Seit Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, die Empfindlichkeit nicht-radioaktiver Isotope zu erhöhen, die nun in der Lage sind, mit radioaktiven Tracern in der medizinischen Gemeinschaft sowie anderen Bereichen der Biologie zu konkurrieren.

Themen

Radioaktive Tracer

• Der Vorteil der Verwendung radioaktiver Tracers war zunächst ihre relativ hohe Empfindlichkeit. Sie sind typischerweise in viel niedrigeren Konzentrationen nachweisbar als nicht-radioaktive Isotope. Es gibt jedoch potenzielle Probleme im Umgang mit radioaktiven Isotopen. Zum Beispiel sind sie eine potenzielle Gesundheitsgefahr, sie erfordern eine spezielle Handhabung, und die Entsorgung radioaktiver Abfälle ist zunehmend schwierig und teuer.

Wie sie funktionieren

• Laut den Molekularbiologen von Molecular Station nutzen nicht-radioaktive Tracer den Vielfacheffekt eines Enzyms, um mit der Empfindlichkeit radioaktiver Tracer zu konkurrieren. Wenn das Enzym mit einer Sonde gekoppelt ist, die die Zielmoleküle erkennt, wird es viele Moleküle des Produkts erzeugen und das Signal verstärken.

  Wenn das Produkt des Enzyms chemilumineszierend oder lichtemittierend ist, ist die Methode besonders effizient. Dort emittiert das Molekül viele Photonen, die das Signal weiter verstärken. Das Licht kann durch Autoradiographie mit Röntgenfilm oder durch einen Phosphorimager erkannt werden.

  Die Verwendung von Enzymsubstraten, die ihre Farbe ändern, ist eine Alternative zur Chemilumineszenz. Diese chromogenen Substrate erzeugen farbige Bänder, die der Lage des Enzyms und damit der Lage des zum Nachweis bestimmten Moleküls entsprechen. Die Intensität der Farbe steht in direktem Zusammenhang mit der Menge des interessierenden Moleküls.

Anwendungen

• Die Abteilung für Pädiatrie im Hospital for Sick Children in Toronto, Kanada, hat eine einfache nicht-radioisotopische Methode zur schnellen Identifizierung von Trägern der Tay-Sachs-Krankheit entwickelt, einer durch genetische Mutation verursachten Krankheit. Die Mutationen wurden über die Polymerase-Enzyme in der DNA zurückverfolgt und mit einer Sonde gekoppelt, die mit einer Phosphatase-Konjugat reagierte und eine farbmetrische Demonstration erzeugte. Die Einfachheit und die Vermeidung von Radioisotopen machten diese Methode potenziell sehr nützlich.

  Wissenschaftler der Abteilung für Neurologie an der University of Rochester School of Medicine and Dentistry in New York haben eine stabile nicht-radioisotopische Methode zur Messung der Sekretion von Immunglobulin G in Plasma entwickelt.

  Seit 2004 wird in Panama ein nicht-radioaktiver Screening-Test eingesetzt, um antimalarische Verbindungen zu erkennen. Der Test basiert auf der Bindung von Fluorochromen an doppelsträngige Parasiten-DNA. Entwicklungsländer können mehr vom Einsatz nicht-radioaktiver Tracer profitieren, wo der Zugang zu Radioisotopen und deren Entsorgung schwieriger und teurer sind.