^(41)Ca的AMS测量方法及在生物医学领域的应用

钙(Ca)的长寿命放射性核素^(41)Ca是理想且安全的生物示踪剂,在生物医学领域具有重要价值,但其发展一直受制于测量技术。传统衰变计数法测量效率极低、样品需求量高且耗费时间长,无法有效开展^(41)Ca分析;普通质谱方法很难剔除同量异位素41K和分子碎片的干扰,难以获得理想的探测限。而加速器质谱法(AMS)测定^(41)Ca具有样品用量小(mg量级)、测量时间短(约1 h)、检测灵敏度高(^(41)Ca/^(40)Ca丰度灵敏度最低可至10^(-15))等优点,是目前分析^(41)Ca最常用的方法。AMS测量的关键是如何有效剔除或分离同量异位素41K。本研究从样品形式的选择和仪器技术两方面综述了^(41)Ca的AMS测量方法发展进程。一方面,使用CaH_(2)或CaF_(2)作为主要样品形式目前可以有效抑制41K的干扰。CaF_(2)制备流程更简单,存储更方便,束流引出阶段对同量异位素41K的抑制在4个量级左右,满足添加^(41)Ca为示踪剂的生物医学样品的分析要求。另一方面,随着AMS逐渐小型化,^(41)Ca-AMS测量技术也在不断改进。对比不同能量下AMS分析^(41)Ca的特点、优势和局限性,其中:高能量大型(≥5 MV)AMS对41K有足够的辨别能力,测量灵敏度一般在10^(-14)~10^(-15),但由于成本和仪器运行专业性过高的要求,使其应用不够广泛;低能量小型(≤3 MV)AMS应用最为广泛,虽然只能将^(41)Ca和41K部分分离,但可以通过dE/dx、ΔTOF和ISA等方法对^(41)Ca实现直接测量,测量灵敏度在10^(-12)~10^(-13)或有望更低;而更低能量的紧凑型(≤1 MV)AMS无法在低能量情况下将^(41)Ca和41K分离,只能通过39K校正的间接方法实现对^(41)Ca的测量,测量灵敏度一般为10^(-11)~10^(-12)之间。在此基础上,本研究介绍了基于^(41)Ca-AMS分析技术在生物医学领域中的应用。^(41)Ca示踪技术是目前探究生物体骨钙代谢的重要手段,在评估人类骨骼健康、监测骨重塑动态和建立人类钙平衡的线性动力学模型等方面具有潜力。^(41)Ca-AMS示踪技术可以用于临床医学中相关疾病的早期诊断和预后监测;评估失重对股骨摄取外源钙能力的影响以及骨量下降和骨钙代谢紊乱的机理,从而提出针对性的预防和治疗措施;^(41)Ca标记体内钙库,可以更精准的测量钙吸收率,为临床上补钙剂量的确定提供理论指导;还可以通过探究细胞内钙离子动力学从而研究相关疾病的机理。此外,^(41)Ca-AMS技术还可以对植物体进行示踪研究,有望为农作物的科学补钙和破译植物-土壤系统界面化学相互作用过程提供帮助。可见,^(41)Ca在生物医学领域研究中具有广泛的应用,且由于其极低的放射性,在涉及人体的研究中其安全性有着不可替代的优势,而近年随着国内^(41)Ca-AMS分析技术的发展,有望为我国深入开展相关前沿研究提供技术支撑。

^41Ca标记骨质疏松大鼠体内钙库法评价市售钙剂钙吸收率的研究

目的建立评价市售钙剂的钙吸收率方法。方法用去卵巢大鼠建立骨质疏松模型,41Ca标记大鼠体内钙库,原子吸收检测粪钙和血钙;以加速器质谱检测粪钙和血钙41Ca峰度。结果大鼠对该市售钙剂的表观吸收率为59.15%,净吸收率为69.18%,其中粪便内源钙占24.56%。结论41Ca标记体内钙库可得出净钙吸收率,且不受所评价的钙剂中钙的化学形式和种类的影响。此法能直接应用于市售钙剂钙吸收率的评价。

用^(41)Ca-AMS法测定谷氨酸毒性对PC12细胞外钙内流的影响

本工作用41Ca示踪PC12细胞,以CaF2作为最终测量样品,用加速器质谱计(全称AMS)测量41Ca。从谷氨酸毒性对PC12细胞的时间效应,MK-801对PC12细胞受体门控钙通道(全称ROC)阻断效应两方面进行分析,以激光扫描共聚焦显微镜的检测结果作为参照,结果表明41Ca的加速器质谱(AMS)测量方法能有效地检测到在不同情况下谷氨酸引起PC12细胞中外钙内流的情况。综合两种方法推测在谷氨酸引起的钙超载中,NMDAR介导的外钙内流起了重要作用。

加速器质谱(AMS)测量中^(41)Ca标准样品的制备

简要介绍加速器质谱 ( MAS)测量样品采用 Ca H2 以排除 4 1K的干扰。其制备主要包括两步 :首先是Ca O与过量的 Zr粉混合 ,在高温下还原出金属钙 ,然后金属钙与氢气在密闭容器中加热反应生成 Ca H2 。从金属钙到 Ca H2 的转换效率大于 90 %。

加速器质谱(AMS)测定^(41)Ca的方法研究

简要介绍应用加速器质谱计 (AMS)测量 4 1Ca,并与标准样品进行对照。4 1Ca测量结果表明 :4 1Ca的加速器质谱 (AMS)测量方法是可行的和可靠的 ,测量灵敏度已能够达到 1 0 -14

基于CaF_2靶样的加速器质谱测量生物样品中^(41)Ca的方法研究

为满足41Ca生物示踪样品测量的需要,在北京HI-13串列加速器质谱(Accelerator Mass Spec- trometry,AMS)系统上建立了以CaF2为靶样的41Ca AMS分析方法.生物样品和41Ca标准样品经过化学分离和纯化,制备成CaF2作为靶物质,AMS测量41Ca时,离子源引出CaF3-负离子,膜剥离后的电荷态选择为7+态,加速器端电压选定为8.5MV,用充有140mbarP10气体的多阳极电离室探测41Ca.结果显示探测器可实现对41Ca与同量异位素干扰41K的分辨,粒子谱中41K的计数率很低,对41Ca不形成干扰.对制备的4个标准样品(41Ca/40Ca在1.785×10-8-1.750×10-10范围)的测量结果显示41Ca/40Ca绝对测量值与标称值之间的线性关系良好(r2=0.997),经41Ca/40Ca为1.785×10-8的标准样品归一化后,S2,S4两个标样的测量值与标称值吻合较好,但标样S3的测量值与标称值有较大偏离.估计生物样品的41Ca/40Ca本底值低于8.2×10-13.

加速器质谱测量^(14)C与^(41)Ca在生物代谢研究中的应用

使用放射性同位素在生命科学领域有着悠久的历史,14C和41Ca作为两种长寿命放射性核素已被广泛应用于生物体代谢的示踪研究。加速器质谱(accelerator mass spectrometry,AMS)测量技术作为一种能够准确测量低丰度、长寿命同位素的核分析技术,克服了传统质谱存在的分子本底和同量异位素本底干扰的限制。该方法不受检测物质的复合结构及基体效应的影响,非常适合14C与41Ca生物样品的测量。介绍了AMS测量技术的基本原理和优势及目前通过该技术测量14C与41Ca在生物代谢研究中的应用情况。重点介绍了中国原子能科学研究院AMS小组目前正在从事的14C与41Ca在生物代谢领域的测量工作。

^(41)Ca-AMS——生物示踪的有力工具

钙是人体的重要元素,它对于维持人体各系统的正常功能具有重要作用。缺钙可能导致骨质疏松、动脉硬化、癌症、肾脏疾病、关节炎等多种疾病。另外,钙离子作为一种细胞信使,在维持细胞正常功能中起着重要作用。钙同位素示踪技术是研究钙在生物体作用的有效方法,41Ca是所有钙的同位素中最佳的示踪剂。随着加速器质谱(AMS)技术的出现,使41Ca生物示踪成为可能,灵敏度可以达到10-14。41Ca成为一种生物示踪的有力工具,并广泛应用于生物示踪实验。该文介绍了钙与人体的关系、钙的同位素、国内外利用41Ca作为示踪剂开展的研究工作,并结合AMS技术,对利用41Ca所能开展的更进一步的研究工作进行了讨论。

五加补骨方对模拟失重大鼠消化道外源钙吸收的影响

目的研究五加补骨方对模拟失重大鼠消化道外源钙吸收的干预作用。方法雄性Wistar大鼠21只,随机分为3组,空白组、模型组、中药组,尾吊模拟失重,中药组以五加补骨方(含熟地黄、怀牛膝、黄芪、当归、牡蛎醋酸水解物等)水煎剂灌胃;适应期1周后进入模拟失重期,于模拟失重第11天一次性灌胃一定量41Ca示踪剂,连续收集72h粪便,加速器质谱法(acceleratormass spectrometry,AMS)分析粪便41Ca/40Ca值,电感耦合等离子体光谱法(inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy,ICP-AES)分析粪钙总量,计算41Ca粪排量、41Ca吸收量、肠钙吸收率。结果与空白组比较,模型组粪便41Ca/40Ca值及41Ca粪排量显著增高,41Ca吸收量及肠钙吸收率显著降低,差异有统计学意义(P<0.01);中药组粪便41Ca/40Ca值亦增高,但较模型组增高程度小,两组比较,差异有统计学意义(P<0.05)。与空白组比较,中药组各项指标差异均无统计学意义(P>0.05)。结论尾吊模拟失重可造成大鼠肠钙吸收显著下降,五加补骨方可不同程度改善模型大鼠肠钙吸收状况。

利用AMS测量方法研究大鼠的钙吸收率

钙是人体所必需的元素之一,参与众多的生命生理调控,准确测量生物体的钙吸收率,对于合理补钙和预防钙代谢疾病具有重要意义。本研究采用41 Ca标记SD大鼠体内钙库,利用加速器质谱(AMS)法测量长寿命放射性核素41 Ca灵敏度高的特点,开展对大鼠钙吸收率的准确测定。结果表明:大鼠每100g体重每天摄入28 mg碳酸钙、28 mg柠檬酸钙、10 mg碳酸钙的表观吸收率分别为(67.57±2.79)%、(65.21±2.96)%、(87.50±1.10)%,净吸收率分别为(73.19±3.60)%、(71.47±4.01)%、(92.74±1.81)%。该方法可以得出钙的真实吸收率,且不受所评价的钙剂中钙的化学形式和种类的影响,进一步拓展了同位素评价钙吸收率的应用领域,可为建立适宜于我国人民的钙参考摄入量标准提供实验依据。

外源钙对果实发育过程中肥城桃钙素动态变化的影响

为探究肥城桃各器官钙素分配及动态变化规律,本研究以11年生肥城桃为试验材料,采用树干注射41Ca同位素及外施钙肥(0. 5%氨基酸钙和0. 5%硝酸钙溶液,清水为对照)处理,检测各器官41Ca丰度变化及总钙含量。结果表明,在生长前期,新梢、叶片钙含量增加均最为明显,分别增加40%~68%、13%~28%;果实中的钙含量在幼果期达到最大值,随后逐渐降低;多年生枝的钙含量呈先下降后上升的趋势;叶片对树体中41Ca的竞争能力远超过果实等组织;成熟期41Ca分配情况为树干最高,占67. 78%,叶片、枝条次之,果皮、果肉再次,树干皮及枝条皮最低。综上,在肥城桃果实发育各时期喷施不同形态钙肥能有效提高果实、新梢、叶片等幼嫩器官的钙含量,利用41Ca示踪-加速器质谱技术可较准确的研究钙素在植物体内的运动分布规律。本研究结果为肥城桃科学补钙提供了理论依据。

中药干预模拟失重大鼠股骨外源钙沉积研究

目的:研究中药复方对模拟失重大鼠承重骨对外源钙摄取的干预作用。方法:雄性Wistar大鼠随机分为3组,空白组、模型组、中药组。尾吊模拟失重,中药复方(含熟地黄、怀牛膝、黄芪、当归、牡蛎醋酸水解物等)704 g.L-1水煎剂2.5mL灌胃;适应期1周,模拟失重期3周,于模拟失重第11天一次性灌胃给予一定量41Ca示踪剂。实验结束取股骨,加速器质谱法(Accelerator Mass Spectrometry,AMS)分析骨41Ca/40Ca值,电感耦合等离子体光谱法(Inductively Coupled Plasma-AtomicEmission Spectroscopy,ICP-AES)分析骨钙总量,计算股骨41Ca沉积量、股骨41Ca沉积率。结果:空白、模型、中药3组股骨41Ca/40Ca丰度比分别为(5.03±0.55),(3.82±0.29),(5.73±0.40)×10-9,模型组较空白组显著降低(P<0.001),中药组较空白组显著升高(P<0.05);空白、模型、中药3组股骨41Ca沉积量分别为(7.39±0.90),(4.52±0.40),(7.45±0.89)×10-7mg,沉积率分别为(0.819±0.100),(0.501±0.045),(0.826±0.098)%,模型组股骨41Ca沉积量和沉积率均较空白组显著降低(P<0.001),中药组较空白组变化不显著,较模型组显著增高(P<0.001)。结论:尾吊模拟失重可造成大鼠承重骨外源钙沉积障碍,中药可较好对抗这种情况;失重骨质疏松可能存在外源钙沉积减少以外的多种机制。