the Embryo Project Encyclopedia

Radioimmunoassay (RIA) er en teknik, hvor forskere bruger radioaktive isotoper som sporbare tags til at kvantificere specifikke biokemiske stoffer fra blodprøver. Solomon Berson udviklede metoden i 1950 ‘ erne, mens han arbejdede på VA Hospital. RIA kræver små prøver af blod, men det er yderst følsom over for små mængder af biologiske molekyler i prøven. Brugen af RIA forbedrede nøjagtigheden af mange slags medicinske diagnoser, og det påvirkede hormon-og immunforskning rundt om i verden. Før RIA blev udviklet, krævede andre metoder, der detekterede eller målte små koncentrationer af biokemiske stoffer, Store blodprøver—ofte for store til, at forskere kunne indsamle. Med udviklingen af RIA kunne forskere bruge en enkelt dråbe blod til at detektere og måle koncentrationen af nogle biokemiske stoffer. I 1970 brugte læger RIA til at måle follikelstimulerende og luteiniserende hormoner til at diagnosticere og behandle infertilitet hos kvinder. Yderligere udvikling førte til neonatale screeningsprogrammer for hypothyroidisme.

Berson, en læge i intern medicin, og Yalov, en atomfysiker, begyndte at arbejde sammen i 1950 i laboratoriet for Radioisotoptjeneste, senere kaldet Solomon A. Berson Research Laboratory på Bronks VA Hospital. Berson og Yalovs forskning fokuserede på nuklearmedicin, og de planlagde at udvikle medicinske anvendelser til radioaktive isotoper, især til insulin. Tidligt i deres arbejde på Radioisotoptjenesten brugte Berson og Yalov RIA til at måle mængden af røde blodlegemer (RBC ‘ er) i omløb i menneskekroppen. De injicerede mennesker med et serum indeholdende radioaktive tags, der var knyttet til specifikke strukturer—radioaktivt jod bundet til albumin, et protein, der findes i blodet; og radioaktivt kalium eller fosfor bundet til RBC ‘ er. Berson og Yalov målte antallet af RBC ‘er med radioaktive tags og validerede deres RIA-baserede beregning af RBC’ er med forholdet mellem blodcelle og plasma, eller hæmatokrit, målt fra opsamlet blod. Dette trin gjorde det muligt for Berson og Yalov at verificere deres metoder. De fokuserede derefter på stoffer, der aldrig før var blevet målt i levende mennesker.

Berson og Yalov udviklede oprindeligt RIA-metoden til måling af insulin—et lille peptidhormon, der er nødvendigt for at metabolisere kulhydrater og fedt—som generelt er til stede i lave koncentrationer i menneskekroppen. Når organer kæmper for at producere eller reagere på insulin, udviser disse organer diabetes. Selvom læger havde behandlet diabetes med animalsk afledt insulin siden 1920 ‘ erne, arbejdede forskere i 1950 stadig med at udvikle tests til påvisning af insulinniveauer i blodet for at identificere årsagerne til sygdommen og bivirkningerne af behandlingen.

Berson og Yalov måtte forfine følsomheden af deres radioaktive mærkningsmetode for at studere insulin i kroppen. De fandt ud af, at den menneskelige krop reagerede på oksekød og svineinsulin som fremmede stoffer, kaldet antigener, og udviklede antistoffer mod insulinet som en defensiv mekanisme. Disse antistoffer blokerede derefter insulinets receptorsteder, og blokeringen forhindrede hormonet i at nedbrydes. På det tidspunkt antog forskere, at insulin var for lille til at udløse antistofproduktion. Opdagelsen af, at animalsk afledt insulin monterede et immunrespons hos mennesker, beskrevet i Berson og kollegas artikel “Insulin-I131 metabolisme hos mennesker: Demonstration af Insulinbindende Globulin i cirkulationen af det Insulinbehandlede individ,” gjorde det muligt for forskere at opdage små biokemiske stoffer, såsom insulinmolekyler. Berson og Yalov erkendte, at deres radioisotopmærkningsmetode kunne videreudvikles til at mærke og spore næsten ethvert biokemisk stof af interesse. I 1960 offentliggjorde Berson og Yalov et papir, der beskriver RIA-teknikken med titlen ” Immunoassay af endogent Plasmainsulin hos mennesker.”Inden for et år efter udviklingen af RIA udvidede forskerne sin anvendelse ud over måling af hormoner ved at bruge den til at studere mikroskopiske organismer, medicin og kræft.

forskere, der bruger RIA-metoden, kræver et antigen, der er mærket eller bundet til en radioaktiv markør, og et antigenspecifikt antistof, der binder til antigenet. For Berson og Yalov var det mærkede antigen insulin bundet til radioaktivt jod (I131), og antistoffet var insulinase, som er insulinspecifik. For at fuldføre insulin RIA blander forskerne først kendte mængder af insulin-I131 og insulinasen. Disse binder og producerer en specifik mængde insulin-I131-insulinasekomplekser. Derefter introducerer forskere en lille biologisk prøve, såsom blod, til blandingen og inkuberer blandingen i alt fra flere timer til flere dage.

i inkubationsperioden kommer insulin-I131 og ethvert umærket insulin i den biologiske prøve til en ligevægt eller balance i antallet af molekyler af hver, der er bundet til antistoffet. Når to eller flere antigener, såsom mærket og umærket insulin, konkurrerer om det samme bindingssted på et antistofmolekyle, kaldes processen konkurrencedygtig binding. På grund af konkurrencedygtig binding vil det umærkede insulin, der er til stede i den biologiske prøve, fortrænge en del af det mærkede insulin i insulin-I131-insulinasekomplekserne. De radioaktivt mærkede antigener, der er forkert placeret fra deres komplekser, kan derefter fjernes, og det bundne, mærkede antigen kan måles med en strålingstæller. Fordi de mærkede og umærkede antigener kommer i ligevægt, vil mængden af umærket insulin, der ikke binder, være lig med ubundet insulin-I131. Hvis forskere kender startkoncentrationen af insulin-I131 og bindingskapaciteten—procentdelen af antigen, der til enhver tid forbliver ubundet i en mættet opløsning—kan de beregne mængden af bundet og ubundet umærket insulin fra prøven. Selvom RIA-metoder blev etableret ved anvendelse af antigen-antistofbinding, kan antigener også binde til andre proteiner, såsom albumin, som binder til og bærer nogle hormoner i blodplasmaet. Forskere bruger bindemidler, såsom albumin, der ikke er specifikke for immunfunktion, til at anvende denne metode til at detektere eller måle niveauer af medikamenter, vira og andre forbindelser eller biologiske stoffer.

i USA spredte forskningen om anvendelser af radioimmunoassay. Hypothyroidisme, en tilstand, hvor kroppen producerer lave niveauer af thyrotropin (TSH), kan blandt andet påvirke den mentale udvikling af spædbørn med tilstanden. RIA for TSH, der blev udviklet i 1965 af Robert Utiger ved University of Medicine i St. Louis, Missouri, og to andre skjoldbruskkirtelhormoner, triiodothyronin og thyroksin, udviklet i 1971 af Inder Chopra og kolleger ved University of California, Los Angeles og Harbor General Hospital i Torrance, Californien, gjorde det muligt for læger at screene for og behandle neonatal hypothyroidisme. I løbet af denne tid, Brij Sachsen og kolleger ved Cornell University Medical College i Ny York, brugte RIA til at diagnosticere infertilitet hos kvinder ved at måle koncentrationer af humane follikelstimulerende og luteiniserende hormoner i plasma.

Yaluv modtog Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1977 for udviklingen af RIA. Berson delte ikke prisen, da han døde i 1972, og Nobelkomiteen tildeler ikke postume priser. Senere Ria-teknikker gjorde det muligt for forskere at måle flere biokemiske stoffer samtidigt. For at reducere brugen af radioaktive stoffer brugte forskere fluorescerende stoffer til at markere målstoffer.