In der Nuklearmedizin kommen radioaktive Arzneimittel zum Einsatz. Sie bestehen aus einem Radioisotop, also einem radioaktiven Teilchen mit in der Regel sehr kurzer Halbwertzeit, und meist einem zweiten Bestandteil, der an einen bestimmten Zelltyp im Körper bindet. Dieser zweite, spezifische Bestandteil sorgt dafür, dass das Radioisotop über die Blutbahn, den Nahrungsstoffwechsel oder auch die Atemluft im Körper genau dorthin gelangt, wo es wirken soll, beziehungsweise wo bestimmte Stoffwechselvorgänge sichtbar gemacht werden sollen. Krebszellen beispielsweise haben einen erhöhten Traubenzuckerverbrauch, so dass in der Krebsdiagnostik unter anderem ein mit einem Radioisotop (F-18) markierter Traubenzucker verwendet wird, um die krankhaften Tumorzellen aufzuspüren.
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