Георг фон Хевеши, таткото на нуклеарната медицина

На почетокот на 20. век, истражувањата на физиолошките и анатомските процеси беа во полн замав. Основни прашања како функционира нервниот систем, каква улога играат бактериите во болестите и како работи имуниот систем, беа тема на сериозни научни истражувања.

Но разбирањето за внатрешното функционирање на телото сè уште беше ограничено. Живите организми беа сфатени во основни поими, а најголемиот дел од знаењата за анатомијата и медицината беа стекнати преку постмортем дисекција.

Со појавата на рендген-апаратот во 1895 година, способноста да се погледне во внатрешноста на телото доживеа драстична промена. Сепак, оваа технологија сè уште беше во својата рана фаза и овозможуваше само кратки – иако важни – снимки на случувањата во телото. Вистинска револуција – можноста да се набљудуваат биолошките процеси во реално време, без да се нарушат или оштетат,  сè уште не беше достигната.

Сето тоа се промени со појавата на радиоактивните трагачи, развиени во 1920-тите од страна на Георг де Хевеши. Станува збор за радиоактивни елементи кои можат да се следат низ различни хемиски и биолошки процеси, овозможувајќи им на научниците да стекнат многу подлабоко разбирање за тоа како функционираат живите организми.

¹³¹Јод-се користи за одредување на:волуменот на крвта, срцевиот минутен волумен,волуменот на плазмата,
активноста на црниот дроб, метаболизмот на мастите, метастазите на ракот на тироидната жлезда,туморите на мозокот и големината, обликот и активноста на тироидната жлезда

Георг де Хевеши е роден во Будимпешта, Унгарија, на 1 август 1885 година, во богато еврејско-унгарско аристократско семејство. Благодарение на привилегираниот статус, тој имал лесен пристап до образование, студирајќи физика и математика во Будимпешта и Берлин, по што ја стекнал својата докторска титула во Фрајбург, 1908 година.

По дипломирањето, Хевеши поминал време во неколку европски институции, соработувајќи со научници како Фриц Хабер во Берлин, Ернест Радерфорд во Манчестер и Казимир Фајанс во Карлсруе, пред да се насели во Копенхаген во 1920 година.Во овој период се посветил на ново поле – нуклеарна хемија, насочена кон трансформацијата на елементите преку радиоактивен распад, како и кон основните својства што ја одредуваат стабилноста и однесувањето на различни изотопи.

Најважното откритие на Хевеши е методот со индикатор. Кога пристигнал во Манчестер, некои од откриените радиоактивни елементи биле хемиски слични и нераздвоиви. Подоцна, тие биле идентификувани како изотопи. Во тоа време никој не разбирал дека истиот елемент изолиран од различни минерали може во еден случај да биде радиоактивен, а во друг не. Во 1900 година, радиохемичарот Андреас Хофман изолирал радиоактивно олово од ураниумски минерали, што Радерфорд го идентификувал како негов продукт на распад на радиумот и го нарекол радиум D (RaD), кој подоцна бил идентификуван како изотопот на олово ²¹⁰Pb.Се претпоставувало дека радиоловото и оловото од минерали без ураниум се различни хемиски елементи. Во 1913 година Радерфорд напишал во својата книга за радиоактивноста дека „би било пожелно да се извлече чист радиум D од пехбленда. По еден месец неговата бета-активност би била 30 пати поголема од активноста на иста количина радиум“. Во подрумот на институтот биле складирани стотици килограми оловен хлорид добиен по екстракцијата на ураниум и радиум одпехбленда, која содржела големи количини на вредниот RaD. Радерфорд му рекол на Хевеши: „Момче мое, ако вредиш нешто, ќе го одвоиш RaD од сето тоа здодевно олово “.

По две години обиди – без успех – Хевеши заклучил дека, иако не може да ги раздели двата типа олово, може да ја измери нивната радиоактивност. Тоа го направило ²¹⁰Pb идеален трагач за следење на хемиски процеси.

Неговата прва „примена“ на ова откритие не била во лабораторија – туку во трпезарија. Сомневајќи се дека домаќинката му сервира иста храна неколку дена по ред, една вечер, по вечерата, тој незабележливо додал мала количина од радиоактивниот изотоп во остатоците од месото. Неколку дена подоцна, кога повторно му била послужена слична вечера, Хевеши ја измерил радиоактивноста со електроскоп и открил дека „свежото“ месо е всушност старото. Домаќинката во паника извикала:„Магија! Ова е магија!“

Тој го применил индикаторскиот метод во физичката хемија користејќи RaD, E (²¹⁰Bi) и F (²¹⁰Po) како индикатори.За време на традиционалното пиење на чај во институтот на Радерфорд во 1913 година, му рекол на Мозли дека би било интересно да се проследи патот на компонентите на чајот низ човечкото тело.Оттогаш барал можност да го примени индикаторскиот метод за истражување на физиолошките процеси. Но, познатите радиоактивни изотопи на елементите не биле применливи во биологијата.Во Манчестер се спријателил со Хенри Мозли и бил многу импресиониран од пронајдокот на Мозли за законот за корелација на енергијата на Х-зраците со атомскиот број на користениот елемент и ја видел можноста да бара неоткриени елементи со овој метод и да ги одреди концентрациите на елементите

По Првата светска војна и распадот на Австроунгарската империја, новата фашистичка власт во Унгарија започнала системско исклучување на Евреите од општествениот и академскиот живот и Хевеши бил отпуштен од Универзитетот во Будимпешта.Во 1920 година се преселил во Копенхаген, каде по покана на Нилс Бор работел во новоформираниот Институт за теоретска физика. Таму, во 1923 година, заедно со холандскиот физичар Дирк Костер го откриле елементот со атомски број 72 – хафниум, именуван по латинското име за Копенхаген (Hafnia).

Тие ги анализирале цирконските минерали со рендгенска спектроскопија и ги пронашле линиите на дотогаш непознатиот елемент број 72, кој го нарекле хафниум.Јаподобриле точноста на рендгенската спектроскопија за понатамошни истражувања, а Хевеши го одвоил и прочистил хафниумот со фракциона кристализација на калиум циркониум флуорид.

Во истата година, Хевеши започнал да го користи ²¹⁰Pb за следење на метаболички процеси кај живи организми. Првите експерименти биле направени врз мешункести растенија, каде прецизно ја следел распределбата на изотопот во коренот, стеблото и листовите – за првпат во историјата, биолошки процес бил следен во жив организам во реално време.

Циклус на ²¹⁰Pb и идеализиран специфичен профил на активност на ²¹⁰Pb во седиментите

Иако овие откритија предизвикале голем интерес во медицинските кругови, примената била ограничена – достапните радиоизотопи, како оловото, биле премногу токсични за човечка употреба.

Токму затоа, Хевеши соработувал со дерматологот Свенд Ломхолт и хемичарот Јенс Кристијансен за да најде побезбеден изотоп. Во 1924 година, тие ја извршиле првата апликација на радиоактивни трагачи во живо животно – следејќи го движењето на ²¹⁰Bi во телото на зајак. Кога неговиот пријател Харолд Јуреј го открил тешкиот водород, тој испратил неколку литри вода што содржела 0,6% D₂O до Хевеши, кој веднаш ја искористил за истражување на размената на водород кај риба и во сопственото тело.Ова била првата употреба на стабилен изотоп како индикатор.Во следните децении, овој метод бил усовршен и од него се родила целата област на нуклеарната медицина.

Процес на радиоактивно следење (радиотрејсинг)

1. Радиоактивен маркер- прикажана е молекула со радиоактивен изотоп (означен со жолт круг и бранови), поврзан со хемиска структура: означува подготовка на радиофармацевтски агенс – т.н. трасер.
2. Инјектирање во животно:означува администрација на радиоактивниот трасер во експериментално животно
3. Скенирање во уред - означува снимање со методи на нуклеарна медицина – детекција на гама-зраци што настануваат при радиоактивен распад.
4. Резултат на компјутер - на екранот на лаптоп е прикажана обоена слика на мозок со жаришта (црвено/жолто) – типична PET снимка: означува реконструкција и анализа на податоците, односно визуелизација на распределбата на трасерот во ткивата.

Радиоизотопот може да се користи или како извор на енергија на зрачење (енергијата секогаш се ослободува за време на распаѓањето), или како трасер: идентификувачки и лесно детектирачки маркер материјал.

Истиот принцип потоа е применет и кај луѓето:

Постојат 38 изотопи на јод (I), вклучувајќи една стабилна форма (¹²⁷I).Најчестите радионуклиди што се користат во медицинското снимање и лекување, се јод-123 (¹²³I), јод-124 (¹²⁴I), јод-125 (¹²⁵I) и јод-131 (¹³¹I)

Во 1926 година, Хевеши станал професор на Универзитетот во Фрајбург, Германија. Но во 1934 година, по доаѓањето на нацистите на власт, морал повторно да избега – овој пат повторно во Копенхаген. Нилс Бор го прифатил и му помогнал, како што помогнал на многу прогонети научници, делумно засолнувајќи ги, делумно олеснувајќи им премин кон Велика Британија и САД.

Во 1943, кога и Данска паднала под нацистичка окупација, Хевеши ја извршил една од најпознатите научни саботажи во историјата: ги растворил двата Нобелови медали на Макс фон Лауе и Џејмс Франк во царска вода (смеса од концентрирани хлороводородна и азотна киселина). Шишето со раствореното злато го сокрил на полица во лабораторијата. Германците не ни посомневале. По крајот на војната, тој го извлекол златото и му го вратил на Шведската академија, која од него направила нови медали и ги вратила на оригиналните добитници.

 

Во 1943 година, додека сè уште се криел, на Хевеши му била доделена Нобеловата награда за хемија, за неговата работа со изотопи како трагачи. Поради војната, наградата ја примил формално дури во 1944.

По војната, кратко време се вратил во Копенхаген, а потоа се населил во Стокхолм, каде работел во Институтот за органска хемија при Универзитетот во Стокхолм до крајот на својата кариера. Починал во Фрајбург во 1961 година.

Освен Нобеловата награда, добил безброј други признанија и почесни титули, меѓу кои и четири почесни докторски титули по медицина, знак на длабоката почит што ја имала медицинската заедница кон него.

„Примената на изотопски индикатори го отвори единствениот пат да се одреди брзината, местото и редоследот на создавање на молекуларните компоненти на живите организми,“ рече Хевеши во предавање од 1950 година.
„Постоењето на такви методи отвори сосема нови патишта за размислување… Индикатор-хемичарот е, во извесна смисла, историчар – длабоко заинтересиран за минатото на атомите и молекулите.“

За своите револуционерни придонеси, Хевеши со право се смета за татко на нуклеарната медицина – пионер што ни овозможи да ги видиме животните процеси одвнатре, со очи на хемичар и срце на истражувач.