Embryo Project Encyclopedia

Radioimmunoassay (RIA) är en teknik där forskare använder radioaktiva isotoper som spårbara taggar för att kvantifiera specifika biokemiska ämnen från blodprover. Rosalyn Yalow och Solomon Berson utvecklade metoden på 1950-talet medan de arbetade på Bronx Veterans Administration (VA) Hospital i New York City, New York. RIA kräver små prover av blod, men det är extremt känsligt för små mängder biologiska molekyler i provet. Användningen av RIA förbättrade noggrannheten hos många typer av medicinska diagnoser, och det påverkade hormon-och immunforskning runt om i världen. Innan RIA utvecklades krävde andra metoder som upptäckte eller mätte små koncentrationer av biokemiska ämnen stora blodprover—ofta för stora för forskare att samla in. Med utvecklingen av RIA kunde forskare använda en enda droppe blod för att upptäcka och mäta koncentrationen av vissa biokemiska ämnen. År 1970 använde läkare RIA för att mäta follikelstimulerande och luteiniserande hormoner för att diagnostisera och behandla infertilitet hos kvinnor. Ytterligare utveckling ledde till neonatala screeningprogram för hypotyreos.

Berson, en doktor i internmedicin, och Yalow, en kärnfysiker, började arbeta tillsammans 1950 i laboratoriet för Radioisotoptjänst, senare kallat Solomon A. Berson Research Laboratory vid Bronx VA Hospital. Berson och Yalows forskning fokuserade på kärnmedicin och de planerade att utveckla medicinska tillämpningar för radioaktiva isotoper, särskilt för insulin. Tidigt i sitt arbete vid Radioisotoptjänsten använde Berson och Yalow RIA för att mäta volymen av röda blodkroppar (RBC) i cirkulation i människokroppen. De injicerade människor med ett serum innehållande radioaktiva taggar som fästes vid specifika strukturer—radioaktivt jod fäst vid albumin, ett protein som finns i blodet; och radioaktivt kalium eller fosfor fäst vid RBC. Berson och Yalow mätte antalet RBC med radioaktiva taggar och validerade deras RIA-baserade beräkning av RBC med förhållandet mellan blodceller och plasma, eller hematokrit, mätt från uppsamlat blod. Detta steg gjorde det möjligt för Berson och Yalow att verifiera sina metoder. De fokuserade sedan på ämnen som aldrig tidigare hade uppmätts i levande människor.

Berson och Yalow utvecklade initialt RIA-metoden för att mäta insulin—ett litet peptidhormon som behövs för att metabolisera kolhydrater och fetter—som i allmänhet finns i låga koncentrationer i människokroppen. När kroppar kämpar för att producera eller svara på insulin, uppvisar dessa kroppar diabetes. Även om läkare hade behandlat diabetes med animaliskt härledd insulin sedan 1920-talet, arbetade forskare i 1950 fortfarande för att utveckla test för att upptäcka insulinnivåer i blodet för att identifiera orsakerna till sjukdomen och biverkningarna av behandlingen.

Berson och Yalow var tvungna att förfina känsligheten hos deras radioaktiva märkningsmetod för att studera insulin i kroppen. De fann att människokroppen svarade på nötkött och fläsk insulin som främmande ämnen, kallade antigener, och utvecklade antikroppar för insulin som en defensiv mekanism. Dessa antikroppar blockerade sedan receptorställena för insulinet och blockeringen hämmade hormonet från att sönderdelas. Vid den tiden antog forskare att insulin var för litet för att utlösa antikroppsproduktion. Upptäckten att djuravledat insulin monterade ett immunsvar hos människor, beskrivet i Berson och kollegas artikel ” Insulin-I131 Metabolism hos människor: Demonstration av Insulinbindande Globulin i cirkulationen av det Insulinbehandlade ämnet”, gjorde det möjligt för forskare att upptäcka små biokemiska ämnen, såsom insulinmolekyler. Berson och Yalow insåg att deras radioisotopmärkningsmetod kunde vidareutvecklas för att märka och spåra nästan alla biokemiska ämnen av intresse. 1960 publicerade Berson och Yalow ett papper som beskriver RIA-tekniken, med titeln ”Immunoassay of Endogenous Plasma Insulin in Man.”Inom ett år efter utvecklingen av RIA utvidgade forskare sin tillämpning utöver mätningen av hormoner och använde den för att studera mikroskopiska organismer, Läkemedel och cancer.

forskare som använder RIA-metoden kräver ett antigen som har märkts eller binds till en radioaktiv markör och en antigenspecifik antikropp som binder till antigenet. För Berson och Yalow var det märkta antigenet insulin bundet till radioaktivt jod (i131), och antikroppen var insulinas, vilket är insulinspecifikt. För att slutföra insulin RIA blandar forskare först kända mängder av insulin-i131 och insulinaset. Dessa binder och producerar en specifik mängd insulin-i131-insulinas komplex. Sedan introducerar forskare ett litet biologiskt prov, såsom blod, till blandningen och inkuberar blandningen var som helst från flera timmar till flera dagar.

under inkubationsperioden kommer insulin-I131 och eventuellt omärkt insulin i det biologiska provet till en jämvikt eller balans i antalet molekyler av var och en som är bundna till antikroppen. När två eller flera antigener, såsom märkt och omärkt insulin, tävlar om samma bindningsställe på en antikroppsmolekyl kallas processen konkurrenskraftig bindning. På grund av konkurrerande bindning kommer det omärkta insulinet som finns i det biologiska provet att förskjuta en del av det märkta insulinet i insulin-i131-insulinas-komplexen. De radioaktivt märkta antigenerna som har felplacerats från deras komplex kan sedan avlägsnas, och det bundna, märkta antigenet kan mätas med en strålningsräknare. Eftersom de märkta och omärkta antigenerna kommer i jämvikt, kommer mängden omärkt insulin som inte binder att vara lika med obundet insulin-i131. Om forskare känner till startkoncentrationen av insulin-i131 och bindningskapaciteten—andelen antigen som när som helst kommer att förbli obundet i en mättad lösning—kan de beräkna mängden bundet och obundet omärkt insulin från provet. Även om RIA-metoder etablerades med användning av antigen-antikroppsbindning, kan antigener också binda till andra proteiner, såsom albumin, som binder till och bär vissa hormoner i blodplasman. Forskare använder bindemedel, såsom albumin, som är icke-specifika för immunfunktionen, för att tillämpa denna metod för att upptäcka eller mäta nivåer av läkemedel, virus och andra föreningar eller biologiska ämnen.

i USA ökade forskningen om tillämpningar av radioimmunoassay. Hypothyroidism, ett tillstånd där kroppen producerar låga nivåer av tyrotropin (TSH), kan bland annat påverka den mentala utvecklingen hos spädbarn med tillståndet. RIA för TSH, utvecklad 1965 av Robert Utiger vid Washington University School of Medicine i St.Louis, Missouri, och den för två andra sköldkörtelhormoner, triiodothyronin och tyroxin, utvecklad 1971 av Inder Chopra och kollegor vid University of California, Los Angeles och Harbor General Hospital i Torrance, Kalifornien, gjorde det möjligt för läkare att screena för och behandla neonatal hypotyroidism. Under den tiden använde Brij Saxena och kollegor vid Cornell University Medical College i New York City, New York, RIA för att diagnostisera infertilitet hos kvinnor genom att mäta koncentrationer av humana follikelstimulerande och luteiniserande hormoner i plasma.

Yalow fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1977 för utvecklingen av RIA. Berson delade inte priset, eftersom han dog 1972 och Nobelutskottet delar inte ut postuma priser. Senare Ria-tekniker gjorde det möjligt för forskare att mäta flera biokemiska ämnen samtidigt. För att minska användningen av radioaktiva ämnen använde forskare enzymer och fluorescenter för att markera målämnen.