trazador radiactivo

Un trazador radiactivo , radiotrazador o marcador radiactivo es un derivado sintético de un compuesto natural en el que uno o más átomos han sido reemplazados por un radionúclido (un átomo radiactivo). Gracias a su desintegración radiactiva , puede utilizarse para explorar el mecanismo de las reacciones químicas, siguiendo la trayectoria que sigue el radioisótopo desde los reactivos hasta los productos. El radiomarcaje o radiotrazador es, por lo tanto, la forma radiactiva del marcaje isotópico . En contextos biológicos, los experimentos que utilizan trazadores radioisotópicos se denominan a veces experimentos de alimentación con radioisótopos .

Los radioisótopos de hidrógeno , carbono , fósforo , azufre y yodo se han utilizado ampliamente para rastrear la ruta de las reacciones bioquímicas . Un trazador radiactivo también puede utilizarse para rastrear la distribución de una sustancia dentro de un sistema natural como una célula o tejido , ^{[ 1 ]} o como trazador de flujo para rastrear el flujo de fluidos . Los trazadores radiactivos también se utilizan para determinar la ubicación de fracturas creadas por la fracturación hidráulica en la producción de gas natural. ^{[ 2 ]} Los trazadores radiactivos forman la base de una variedad de sistemas de imágenes, como, tomografías por emisión de positrones (PET) , tomografías computarizadas por emisión de fotón único (SPECT) y tomografías con tecnecio . La datación por radiocarbono utiliza el isótopo carbono-14 que se encuentra naturalmente como un marcador isotópico .

En las ciencias radiofarmacéuticas, se observa cierto uso incorrecto de términos científicos establecidos. Por ello, en 2015, la Sociedad de Ciencias Radiofarmacéuticas (SRS) creó un "Grupo de Trabajo Internacional sobre Nomenclatura en Química Radiofarmacéutica y Áreas Relacionadas". Su objetivo era clarificar la terminología y establecer una nomenclatura estandarizada mediante consenso global, garantizando así la coherencia y la precisión dentro de la disciplina. ^{[ 3 ]}

^Los isótopos de un elemento químico se diferencian únicamente en su número másico. Por ejemplo, los isótopos del hidrógeno se pueden escribir como ^¹H , ^²H y ³H , con el número másico en superíndice a la izquierda. Cuando el núcleo atómico de un isótopo es inestable, los compuestos que lo contienen son radiactivos . El tritio es un ejemplo de isótopo radiactivo.

El principio que subyace al uso de trazadores radiactivos consiste en sustituir un átomo de un compuesto químico por otro del mismo elemento químico. Sin embargo, el átomo sustituido es un isótopo radiactivo. Este proceso se conoce comúnmente como marcaje radiactivo. La eficacia de esta técnica radica en que la desintegración radiactiva es mucho más energética que las reacciones químicas. Por lo tanto, el isótopo radiactivo puede estar presente en baja concentración y su presencia puede detectarse mediante detectores de radiación sensibles , como los contadores Geiger y los contadores de centelleo . George de Hevesy recibió el Premio Nobel de Química de 1943 por su trabajo sobre el uso de isótopos como trazadores en el estudio de procesos químicos.

Existen dos formas principales en las que se utilizan los trazadores radiactivos.

1. Cuando un compuesto químico marcado experimenta reacciones químicas, uno o más de los productos contendrán el marcador radiactivo. El análisis de lo que le sucede al isótopo radiactivo proporciona información detallada sobre el mecanismo de la reacción química.
2. Se introduce un compuesto radiactivo en un organismo vivo y el radioisótopo proporciona un medio para construir una imagen que muestra la forma en que ese compuesto y sus productos de reacción se distribuyen por todo el organismo.

Los radioisótopos comúnmente utilizados tienen vidas medias cortas y, por lo tanto, no se encuentran en la naturaleza en grandes cantidades. Se producen mediante reacciones nucleares . Uno de los procesos más importantes es la absorción de un neutrón por un núcleo atómico, en la cual el número másico del elemento en cuestión aumenta en 1 por cada neutrón absorbido. Por ejemplo,

¹³ C + n → ¹⁴ C

En este caso, la masa atómica aumenta, pero el elemento permanece inalterado. En otros casos, el núcleo del producto es inestable y se desintegra, emitiendo típicamente protones, electrones ( partícula beta ) o partículas alfa . Cuando un núcleo pierde un protón, el número atómico disminuye en 1. Por ejemplo,

³² S + n → ³² P + p

La irradiación de neutrones se realiza en un reactor nuclear . El otro método principal utilizado para sintetizar radioisótopos es el bombardeo de protones. Los protones se aceleran a alta energía en un ciclotrón o en un acelerador lineal . ^{[ 4 ]}

En la investigación del metabolismo , el tritio y la glucosa marcada con 14C ^se utilizan comúnmente en las pruebas de pinzamiento de glucosa para medir las tasas de captación de glucosa , la síntesis de ácidos grasos y otros procesos metabólicos. ^{[ 11 ]} Si bien los trazadores radiactivos todavía se utilizan a veces en estudios en humanos, los trazadores de isótopos estables , como el ^13C , se utilizan con mayor frecuencia en los estudios actuales de pinzamiento en humanos. Los trazadores radiactivos también se utilizan para estudiar el metabolismo de las lipoproteínas en humanos y animales de experimentación. ^{[ 12 ]}

En medicina , los trazadores se utilizan en diversas pruebas, como ^{el 99m} Tc en autorradiografía y medicina nuclear , incluyendo la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT), la tomografía por emisión de positrones (PET) y la gammagrafía . La prueba de aliento con urea para Helicobacter pylori comúnmente utilizaba una dosis de urea marcada con ^14C para detectar la infección por H. pylori. Si la urea marcada era metabolizada por H. pylori en el estómago, el aliento del paciente contendría dióxido de carbono marcado. En los últimos años, el uso de sustancias enriquecidas con el isótopo no radiactivo ^{13C se ha convertido en el método preferido, evitando la exposición del paciente a la} radiactividad. ^{[ 13} ]

En la fracturación hidráulica , se inyectan isótopos trazadores radiactivos con el fluido de fracturación hidráulica para determinar el perfil de inyección y la ubicación de las fracturas creadas. ^{[ 2 ]} Se utilizan trazadores con diferentes vidas medias para cada etapa de la fracturación hidráulica. En los Estados Unidos, las cantidades por inyección de radionúclido se enumeran en las directrices de la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos (NRC). ^{[ 14 ]} Según la NRC, algunos de los trazadores más utilizados incluyen antimonio-124 , bromo-82 , yodo-125 , yodo-131 , iridio-192 y escandio-46 . ^{[ 14 ]} Una publicación de 2003 del Organismo Internacional de Energía Atómica confirma el uso frecuente de la mayoría de los trazadores mencionados anteriormente, y afirma que el manganeso-56 , el sodio-24 , el tecnecio-99m , la plata-110m , el argón-41 y el xenón-133 también se utilizan ampliamente porque son fáciles de identificar y medir. ^{[ 15 ]}

• Centro Nacional de Desarrollo de Isótopos. Recursos del gobierno de EE. UU. para radioisótopos: producción, distribución e información.
• Desarrollo y producción de isótopos para investigación y aplicaciones (IDPRA) Programa del Departamento de Energía de EE. UU. que patrocina la producción de isótopos y la investigación y el desarrollo en este campo.