Tracer
von englisch: trace - Spur
Englisch: tracer, radioactive tracer, radiotracer, radioactive label
1. Definition
Tracer sind mit radioaktiven Stoffen markierte Substanzen, die in der Nuklearmedizin als Radiopharmaka zu diagnostischen Zwecken eingesetzt werden. Sie bestehen aus einem Molekül, das in spezifischen Organen oder Geweben angereichert wird, und einem Radionuklid bzw. radioaktivem Isotop, das die Messung der Anreicherung ermöglicht.
2. Nomenklatur
Im erweiterten Sinn wird manchmal auch bei therapeutisch angewendeten Radiopharmaka von "Tracern" gesprochen, obwohl das semantisch fragwürdig ist. Besser ist hier der Begriff Strahlentherapeutika.
3. Hintergrund
Tracer nehmen an physiologischen oder pathologischen Vorgängen des Organismus teil, die auf diese Weise visualisiert bzw. semiquantitativ erfasst werden können. Bei einigen Tracern steht die Verstoffwechselung im Vordergrund (z.B. Glukose), bei anderen die Verteilung in bestimmten Körperkompartimenten (z.B. Albumin). Entsprechend kann man sie verwenden, um die Intensität von Stoffwechselvorgängen zu erfassen und/oder die Verteilung des Tracers in einem Organ zu registrieren.
4. Grundlagen
Bei Tracern werden einzelne Atome in einem Molekül durch korrelierende Radionuklide ersetzt. Dieser Prozess wird auch als "Labelling" bezeichnet. Zum Beispiel wird im Glukosemolekül eine Hydroxygruppe am C2-Atom durch das Isotop Fluor-18 (18F) ersetzt, wodurch 18F-Fluordesoxyglucose entsteht.
Die verwendeten Radionuklide unterliegen einem raschen radioaktiven Zerfall. Die physikalische Halbwertzeit von 18F beträgt beispielsweise nur 109,8 Minuten. Die beim Zerfall freiwerdende Strahlung wird von empfindlichen Teilchendetektoren wie Szintillatoren oder Ionisationsdetektoren erfasst und mit einem angeschlossenen Computer ausgewertet.
5. Verwendete Radionuklide
Zu den in der Nuklearmedizin verwendeten Isotopen zählen u.a.:
| Isotop | Kürzel | Halbwertzeit (ca.) |
|---|---|---|
| Kohlenstoff-11 | 11C | 20 min |
| Stickstoff-13 | 13N | 10 min |
| Sauerstoff-15 | 15O | 2 min |
| Fluor-18 | 18F | 110 min |
| Technetium-99 (metastabil) | 99mTc | 6 h |
| Iod-123 | 123I | 13,2 h |
Das derzeit (2024) in der Medizin am häufigsten verwendete Isotop ist das metastabile 99mTechnetium, z.B. in Form von Tc-99m-MIBI. Dieses sendet für etwa 6 Stunden langwellige energiereiche Gamma-Strahlung aus, die zur Detektion verwendet wird. Dabei wandelt sich 99mTc in 99Tc um, das nur weiche Beta-Strahlung emittiert, die für den Organismus weniger gefährlich ist.
6. Klinik
Untersuchungsverfahren, bei denen Tracer in der klinischen Diagnostik zum Einsatz kommen, sind die Szintigraphie, die Positronenemissionstomographie (PET) und die FDG-PET.
7. Forschung
In der biochemischen Grundlagenforschung werden Tracer eingesetzt, um metabolische Prozesse zu klären, z.B. Tritium (3H), Phosphor-32 (32P) oder Schwefel-35 (35S). Die chemischen Eigenschaften der Stoffe werden durch die Isotopenmarkierungen sehr wenig bis gar nicht verändert, sodass der Stoffwechselweg unbeeinflusst bleibt.