Das Radionuklid
Während die chemische Form und Struktur des Radiopharmakons die biologische Verteilung bestimmt, entscheidet das eingesetzte Radionuklid über andere wichtige Eigenschaften des Radiopharmakons. Die von ihm ausgesendete Strahlung bestimmt die einzusetzende Detektionstechnik und die Strahlendosis, ermöglicht aber evtl. sogar auch therapeutische Optionen.
Die Strahlung
Diagnostisch eingesetzte Radionuklide sind in Regel entweder Gamma-Strahlen-Emitter oder Positronen-Emitter.
Gamma-Emitter finden ihren Einsatz bei szintigraphischen oder SPECT/CT-Untersuchungen. Hier zu nennen ist insbesondere das viel verwendete Tc-99m, welches sich durch sehr gute Bildgebungseigenschaften bei kurzer Halbwertszeit auszeichnet.
Positronen-Emitter werden beim PET/CT eingesetzt, z.B. Fluor-18 oder Gallium-68. Bei diesen Nukliden gelingt die Bildgebung erst auf Umwegen. Denn das vom Atom ausgesendete Positron kollidiert zunächst mit einem Elektron in der Umgebung. Da Positronen das Antiteilchen des Elektrons darstellen, vernichten sich beide bei der Kollision. Die dabei entstehende Gamma-Strahlung wird schliesslich mit einem PET-Scanner aufgenommen.
Therapeutisch nutzbare Radionuklide sind Alpha-Strahlen oder Beta-Strahlen-Emitter (z.B. Radium-223 oder Lutetium-177). Diese Strahlung ist deutlich energiereicher als die der diagnostisch eingesetzten Radionuklide und kann bei der Passage durch das Zellinnere Moleküle, insbesondere die Zell-DNA und damit die Zelle selbst zerstören. Damit lassen sich diese Nuklide v.a. für die Tumortherapie einsetzen.
Durch Kopplung von unterschiedlichen Radionukliden an Zell-spezifische Moleküle (z.B. PSMA für Prostatakarzinomzellen) können sich mehrere Möglichkeiten zur nuklearmedizinischen Verwendung eines Moleküls ergeben: in der folgenden Abbildung ist exemplarisch der PSMA-Ligand dargestellt, der bei identischer, funktioneller Gruppe (PSMA-Ligand, grün markiert) durch die Einbindung unterschiedlicher Nuklide (Lutetium-177 als Beta-Emitter links bzw. Gallium-68 als Positronen-Emitter rechts) unterschiedliche, klinische Einsatzgebiete ermöglicht.
Die Halbwertszeit
Neben der Strahlungsqualität und -energie spielt auch eine andere wesentliche Eigenschaft des Radionuklids eine wichtige Rolle: die Halbwertszeit. Jedes radioaktive Nuklid baut sich entsprechend dieser Nuklid-spezifischen Konstante von alleine ab.
Die für die Diagnostik verwendeten Radionuklide zeichnen sich in der Regel durch eine kurze Halbwertszeit aus (wenige Stunden oder weniger). Diese kurze Halbwertszeit ermöglicht gute bildgebende Eigenschaften und auch eine geringere Strahlenexposition für die zu untersuchende Person. Dies bedeutet aber auch, dass diese Radiopharmaka jeweils kurz vor der Untersuchung speziell hergestellt werden müssen (in der Regel am gleichen Morgen). Eine gut abgestimmte Terminkoordination ist daher für diese Untersuchungen wichtig.
Therapeutisch genutzte Radionuklide weisen dagegen in der Regel eine deutlich längere Halbwertszeit aus (Tage), so dass deren therapeutischer Effekt für eine längere Zeit genutzt werden kann.