导语
核弹的威力人尽皆知,提起 “核”,人们总容易联想到辐射而谈核色变;而 “药” 则天然与健康挂钩。那么核药究竟是什么?恐惧往往源于未知,消除恐惧的最好办法就是主动了解。若想深入探究核药,该从何处着手?不妨先从核心概念切入,一层层拆解清楚。
核药,全称为放射性药物,是指含有放射性核素的特殊药物,用于临床诊断和治疗。
一
概念明晰
1.核素:核素是一类具有特定质子数和中子数以及能态的原子。
核素的性质主要由其质子数和中子数决定。质子数决定了核素的化学元素,因为不同的化学元素具有不同数量的质子。而中子数对于核素的稳定性和核反应过程具有重要影响。
2.同位素:质子数相同而中子数不同的核素为某元素的同位素,若具有放射性则称为放射性同位素;非放射性同位素则称为稳定同位素。不稳定的核素会逐渐衰变为稳定的核素。
放射性:是原子核自发地发射各种粒子(射线)的行为。
核衰变:是原子核自发射出某种粒子而变为另一种原子核的过程。
3.半衰期:通常用半衰期来表示放射性变化的快慢。所谓半衰期,就是放射性核素衰变掉一半所需要的时间。每经过一个半衰期,放射源的活度也就只剩原来活度的一半了。每种放射性核素都有一个特有的半衰期,其范围从几百万分之一秒到几十亿年。
4.电离辐射:是一种能量很大的辐射,它可以从原子或分子中分离出电子,在与包括生物体在内的物质发生作用时,会引起原子层面的变化。这种变化通常涉及离子(带电的原子或分子)的产生——因此称为 “电离” 辐射。
电离辐射可来自于不稳定的(放射性)原子,因为它们释放出能量的同时会过渡到一个更稳定的状态。根据原子核变得稳定而释放的粒子或波的类型,有各种类型的放射性衰变导致电离辐射。最常见的类型是α粒子、β粒子、γ射线和中子。
5.主要衰变类型
不同的放射性核素,它们的衰变过程并不相同。放射性衰变的主要类型有α衰变、β衰变和γ衰变三种。对应于三种不同的衰变类型,放射性核素放出的射线也不同,分别是α射线、β射线和γ射线。
α射线又称α粒子,是氦的原子核,由两个质子和两个中子组成,由于中子不带电,质子带正电荷,所以α粒子带有两个正电荷。通常是原子量较大的放射性核素通过α衰变释放出α粒子,从而变成较轻的元素,直到稳定为止。
β射线是放射性核素核衰变时释放出的电子,射线的本质就是高速的电子流。相比于α射线,β射线的电离能力要弱一些,但是穿透本领更强。比如,对于同样能量的α射线和β射线,α射线的射程是1厘米的话,β射线能够达到10米远。
γ射线与上述的两种射线不同,它不是粒子,而是一种比X射线波长更短、能量更高的电磁波。原子核进行β衰变之后,通常处于较高的能级,在向低能级跃迁时,发射出γ射线,即原子核发生γ衰变。γ射线不同于前述两种射线,它不能被完全吸收,只能随着传播距离增加而逐渐减弱。虽然γ射线的电离能力弱于β射线,但是穿透能力却更强,甚至可以穿透几厘米厚的铅板。
二
医用同位素及应用
医用同位素是指具有特定放射性性质、能被人体吸收并在体内衰变的不稳定原子核。它们是核医学诊断和治疗的基石,通过释放射线与生物组织发生相互作用,从而实现对疾病(尤其是肿瘤)的探测或杀伤。
医用同位素之所以被称为“同位素”,是因为它们与普通元素拥有相同的质子数(即属于同一化学元素),但中子数不同,导致原子核不稳定而发生衰变。
并非所有的放射性物质都能用于医学,医用同位素必在安全性(对健康组织无害)与有效性(能有效杀伤病灶或成像)之间找到完美的契合点。医用同位素需要综合考虑半衰期、生物分布和辐射类型。核素的半衰期必须适中,太短则无法及时运输到医院给患者使用,如碳-11(20分钟);太长则会在患者体内残留辐射过久,如钴-60 (5.3年)。核素必须能通过化学修饰,结合特定的载体(如抗体、肽段),将辐射精准送达肿瘤细胞,而尽量避开心脏、肾脏等正常器官.面对诊断和治疗的不同需求,需要考虑所选核素的射线类型(如 α、β、γ等)。
1.核素诊断
核素诊断是利用放射性核素在衰变过程中产生的穿透力强、电离能力弱的射线,可分为正电子和单光子诊断核素。
1) 正电子
特点:核素衰变时发射正电子(β⁺),当正电子与普通电子相遇时,会发生湮灭,两者质量完全转化为能量,产生一对方向相反、能量均为511 keV的γ光子。这是正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography,简称PET)的物理基础。
临床应用:用于正电子发射断层成像,是肿瘤学、神经学和心脏病学中灵敏度极高的分子成像工具。
常用核素:氟-18 (¹⁸F)、碳-11 (¹¹C)、氮-13 (¹³N)、氧-15 (¹⁵O)、镓-68 (⁶⁸Ga)。
2) 单光子
特点:在核医学语境下,特指从原子核衰变中发射出的、单个的γ光子,与“正电子湮灭产生的成对γ光子”相区别。单光子发射计算机断层显像(Single-Photon Emission Computed Tomography,SPECT)通过旋转的γ相机探测这些来自体内的单个γ光子,从而进行三维成像。
临床应用:用于单光子发射计算机断层成像,如心肌灌注显像、骨扫描、肾功能评估等。
常用核素:锝-99m (⁹⁹mTc)、铊-201 (²⁰¹Tl)、碘-123 (¹²³I)。
单光子诊断核素和正电子诊断核素对比
2.核素治疗
核素治疗是利用放射性核素在衰变过程中释放出的α射线、β射线、俄歇电子等具有较强电离辐射效应的粒子,对肿瘤细胞或异常增殖组织等产生杀伤作用。
α粒子:是组成α射线的基本粒子,α射线就是由大量高速运动的带正电的α粒子(即氦原子核)组成的粒子流。
β-粒子:是构成β射线(负β射线)的微观粒子; β射线本质上是由放射性原子核衰变时发射出的、由大量高速运动的β⁻粒子组成的粒子流。
俄歇电子:是一种原子因受到激发(通常是高能电子束轰击)而产生的次级电子,它在原子内能级跃迁过程中,能量不以光子形式释放,而是直接传递给另一个原子外层电子,使该电子逸出原子,这个被激发的电子就是俄歇电子。
1) α粒子
特点:核素衰变释放出α粒子,其穿透能力极弱,但电离能力极强。属于高线性能量传递辐射,能引起密集的、不可修复的DNA双链断裂,细胞杀伤效力是β⁻粒子的100-1000倍。
临床应用:主要用于对特定组织或细胞进行精准的局部照射治疗,如镭-223(223Ra)用于前列腺癌骨转移的治疗,通过α射线对癌细胞进行杀伤,对周围正常组织损伤较小。
常用核素:锕-225 (²²⁵Ac)、镭-223 (²²³Ra)、铅-212 (²¹²Pb)、铋-213 (²¹³Bi)
局限性:由于α射线穿透能力差,通常需要将放射性核素直接引入或靠近病变部位,如通过注射、植入等方式。
2) β-粒子
特点:主要利用的衰变过程中产生的β-粒子,穿透能力比α射线强,能在组织中穿透数毫米至数厘米距离,电离能力较α射线弱,但比γ射线强,主要引起DNA单链断裂。
临床应用:非常适合治疗有一定体积的实体瘤或弥漫性病灶。如碘-131(131I)用于甲亢和甲状腺癌的治疗,钇-90(90Y-90)用于肝癌的放射栓塞治疗,镥-177(¹⁷⁷Lu)用于神经内分泌肿瘤和前列腺癌的靶向治疗。
常用核素:碘-131 (¹³¹I)、钇-90 (⁹⁰Y)、镥-177 (¹⁷⁷Lu)、锶-89 (⁸⁹Sr)
局限性:β射线在组织中的射程有限,需要核素在病变部位有较高的浓聚才能发挥有效作用,且对周围正常组织有一定辐射风险,需严格控制剂量和照射范围.
3) 俄歇电子
特点:射程极短,纳米至微米级,能量沉积发生在单个细胞核内,甚至DNA双链尺度。在极小体积内产生高密度电离,导致复杂的DNA损伤。
临床应用:碘-125(125I)用于永久性植入近距离治疗(如前列腺癌种子源),其部分疗效即来源于俄歇电子效应。主要处于研究阶段,致力于开发能靶向细胞核DNA的放射性药物,例如,将发射俄歇电子的核素(如¹²⁵I, ¹¹¹In, ⁹⁹ᵐTc)标记到能嵌入DNA的小分子(如核苷类似物)或能进入细胞核的靶向载体上。尤其适合需要极限保护周围正常组织的疾病中,如白血病、脑瘤等。
常用核素:碘-125 (¹²⁵I)、铟-111 (¹¹¹In) 在某些衰变模式下也发射俄歇电子。
局限性:必须被递送到细胞核内,最好能紧密结合DNA,才能发挥最大杀伤效应,其杀伤效率高度依赖于它是否紧邻或位于DNA分子内部,否则能量会浪费在细胞质中。
α粒子治疗核素、β- 粒子治疗核素和俄歇电子治疗核素对比
3.核素诊疗一体化
1) 定义:医学诊疗一体化是应用不同诊疗核素探针将显像诊断与内照射治疗相结合,从而达到可视化诊断与精准治疗的目的,即诊断性放射性药物分子影像能够显示病灶,病灶也能够靶向摄取标记的治疗性放射性药物通过核素内照射治疗已发现的病灶,实现个体化诊断与治疗。
2) 特点:诊断和治疗药物针对的是同一个生物靶标(如PSMA、SSTR、CD20抗原等),使用化学性质相似但衰变特性不同的核素对,来标记同一种靶向分子。先进行诊断显像,再实施精准治疗,并可同步进行疗效评估,实现了诊断与治疗的闭环。
3) 核素特点(2种模式):
配对核素:使用两种不同的核素,但通过相同的螯合剂标记同一种靶向分子。
例如:镓-68 (⁶⁸Ga)& 镥-177(177Lu)
68Ga(诊断):正电子发射体(β⁺),半衰期68分钟,适用于PET/CT,图像分辨率高,用于准确定位和分期。
177Lu(治疗):β⁻发射体,半衰期6.7天,同时释放可用于成像的γ光子,便于治疗中剂量估算和治疗后随访。其β粒子射程适中,适合治疗微小转移灶。
特点:两者均为三价金属离子,可使用相同的双功能螯合剂(如DOTA) 牢固连接至同一靶向肽(如DOTATATE或PSMA抑制剂),确保生物学行为一致。
同一核素(治疗诊断核素):同一个核素同时具备成像和治疗能力。
例如:碘-124 (124I)& 碘-131(131I)
它们都是碘的同位素,生物学行为(被甲状腺细胞或表达NIS的细胞摄取)完全一致。
124I(诊断):发射正电子,用于PET定量成像,可精准预测¹³¹I的治疗剂量。
131I(治疗):发射β⁻粒子用于治疗,同时释放γ光子可用于治疗后扫描。
实现了完美的生物学一致性,但124I生产复杂,应用不如配对核素广泛。
4) 临床应用:对于晚期难治性肿瘤(如去势抵抗性前列腺癌)效果突出。核素诊疗一体化并非简单的“诊断+治疗”,而是一种以生物靶点为核心的精准医疗体系。可以实现精准患者分层,避免对靶点阴性患者的无效治疗,提升疗效并节约医疗资源。基于诊断显像的定量信息,可预先计算肿瘤吸收剂量,优化治疗方案。使用同一种诊断药物,可在治疗前后进行客观、可重复的对比,及时调整策略。
三
国内核药玩家盘点(二)
1.金赛药业
金赛药业在前列腺癌上的布局不仅仅只有GenSci143这个双抗ADC分子,已经建立起了RLT(放射性配体治疗)研发平台,并且已经开发出了GenSciP153分子。
2.晶核生物
晶核生物是一家专注于开发以影像为导向,诊疗一体化下一代靶向放射性核素疗法的创新型企业,志在以此改善患者生活。 晶核领路人们依靠着既往的成就和经验,在晶核生物创建之初便构建了几个高度关联的专有技术平台, 用于配体筛选、调制偶练和临床转化,也是这些平台的同步发展和有效整合,促成了晶核生物所有产品管线快速推进的核心动力,并于2023年第一个候选药物已正式推进临床开发阶段。
3.景嘉航
成立于2024年5月,是一家处于临床研究阶段的创新药公司,聚焦新型的靶向放射性药物的研发,以满足未满足的临床需求,为肿瘤患者提供更多的选择。已落户海盐县秦山街道景融核产业园(总投资2亿元,建筑面积45779.56 m²),依托园区“核技术应用装备制造+核化工研发”双核心定位,新厂房建设面积1500平方米,属于乙级非密封性放射物质场所,包含放射性标记实验室、放射性检测室实验室、GMP生产车间、动物研究室、细胞研究室等多功能核心区域,重点布局于放射性药物的研发和转化,预计2025年底投入使用。
4.君康立泰
君实生物下属公司,专注于靶向诊疗放射性药物的研发,现已经开展前列腺癌、胰腺癌、消化道肿瘤、头颈部肿瘤、乳腺癌、肺癌等领域多条同位素药物管线,多个发明专利已递交中国和全球申请。
5.科伦博泰
2025年3月25日,四川科伦博泰生物医药股份有限公司已收到国家药品监督管理局药品审评中心批准放射性核素药物偶联物(RDC)药物SKB107(前称TBM-001)新药临床试验申请的临床试验通知书。SKB107为公司首个进入临床阶段的核药项目。
6.蓝纳成生物
蓝纳成位于烟台市牟平区,成立于2021年1月,由东诚药业孵化成立,专注1类“诊疗一体化”创新RDC的研发与商业化,以“靶向分子—影像诊断—治疗核药”三位一体技术平台为核心,已构建覆盖早期发现、CMC、临床和注册的完整闭环。目前,蓝纳成已拥有多条全球首创/同类最佳管线,涉及4个靶点共10款“诊疗一体化”创新核药在中美处于临床试验阶段,共计获得17项临床试验批件。
7.瑞核医药
苏州瑞核医药科技有限公司是一家专注于创新双特异性靶向放射性药物研发的企业。依托于苏州大学和母公司博瑞生物医药(苏州)股份有限公司,拥有强大的药物设计、合成能力,以及高效的放射性药物评价平台,可以创新快速地开发出各种类型的放射性药物。同时与南京市第一医院、苏州大学附属第一医院深入合作,开展非注册性及注册性临床研究。目前公司已经开发出第一组放射性诊疗一体药物:用于前列腺癌诊断和治疗的PSMA/Sigma-1 Receptor双特异靶向药物:68Ga-PSMA-0057和177Lu-PSMA-0057。177Lu-PSMA-0057的肿瘤暴露是177Lu-PSMA-617的3倍,治疗效果显著性提高,且药物安全性良好。这组药物已获得IND批件,准备开展临床Ⅰ期。同时公司也在开发其他双特异性靶向的创新放射性药物。
8.赛核生物
赛核生物创立于2024年,创始团队来自于美国杜克大学放射化学和生物医学工程研究的专家学者。国际化的团队具有全球创新视野。公司致力于通过研发具有完全自主知识产权的原创核心技术成为国际领先的核药创新企业。全球首创核药α粒子偶联新技术,建立靶向α粒子放疗新方法。开发出新型靶向递送平台用于卤族诊疗放射性同位素的偶联和癌症应用,通过原创技术解决癌症诊断和治疗过程中的重大难题。
9.师宏药业
北京师宏药业有限公司(前身为北京师宏药物研制中心)是北京师范大学科技集团控股的有限责任公司,是通过国家GMP符合性检查的生产放射性药品的制药企业,也是国家高新技术企业,荣获“2019中国科技创新示范企业”。师宏药业与北京师范大学化学学院及全国唯一的放射性药物教育部重点实验室,通过紧密的“产学研用”模式,建立了北京师范大学化学学院医药创新平台。
10.思努赛生物
思努赛生物,立足中国科学院生物与化学交叉研究中心深厚的科研基础,致力于通过扎实深厚的科研积累和技术平台的源头创新,赋能探索神经退行性疾病领域具有颠覆性的诊断分子,最终造福全球千万患者。公司核心团队在病理蛋白相变聚集领域积累了深厚的研究基础,并结合冷冻电镜、人工智能以及计算生物学等平台,对多种神经退行性疾病的重要靶点开展全球首创及同类最佳(First-in-Class/Best-in-Class)诊断分子开发。思努赛生物首创基于结构驱动的药物发现新范式(Structure-Driven-Drug-Design),对帕金森病核心病理蛋白
α-synuclein聚集体进行了大量的结构解析及与配体互作机制研究,最终获得临床候选分子18F-FD4,目前已经过数十例IIT试验展现出高度的灵敏性和卓越的特异性识别能力,有望为PD、MSA等疾病诊断和治疗带来颠覆性的解决方案。
11.思锘新药
思锘新药由多位资深核医药、放射化学、药物化学、分子生物、放射肿瘤等行业海归科学家和企业家于2021年5月创立于南京国家级江北新区生物医药谷。公司致力于建立具有行业关键共性技术(key common technology)的创新核药研发平台,为诊疗一体化精准医疗和人类健康事业做出贡献。定位:做有核心技术和持续创新能力的平台型核药公司,研发放射性核素偶联药(RDC),做核药界的Seattle Genetics (Seagen)。
12.四体康宸
苏州四体康宸医药科技有限公司是中美欧三地联合创新的核药企业,是一家精准核药诊疗一体化创新药物研发企业。公司致力于早期筛查、术中术后诊断、分子影像技术研发,并专注于中晚期肿瘤领域。公司在核医药基础科学研究、临床诊疗开创性研发及商业整合方面均具有突出优势。
13.天津恒瑞
是江苏恒瑞医药股份有限公司的全资子公司,专注于放射性药物研发与生产。成立于2020年11月,位于天津自贸试验区(空港经济区),是恒瑞医药在北方设立的首个创新药物研发基地。致力于打造国际一流的放射性药物研发转化平台,拥有先进的研发设施和科研团队。
14.威智知科
威智知科为威智医药自2021年开始孵化的核素偶联创新药开发项目,项目立项以来进展顺利,经研发团队的不懈努力,各项实验数据远超预期并取得阶段性成果。为满足其更好的发展需求及规划,团队决定将核素偶联创新药项目从威智医药剥离,独立发展。威智知科注册资本1352.97万元,包括母公司山东威智知科药业有限公司、子公司苏州威智知科药业有限公司,上海威智知科生物有限公司(筹)和Vitsgen Therapeutics Inc.。自2021年起专注于靶向放射性核素偶联药物诊疗一体化的研发和生产。基于自主开发的精准放射诊疗技术,研发最棘手肿瘤的治疗药物, 建立了涵盖多种类型实体肿瘤治疗的产品线,以解决肿瘤诊断和治疗领域未满足的临床需求。
15.亦立医药
杭州亦立医药有限公司,简称“亦立医药,致力于针对肿瘤及神经系统类疾病开发精准的“诊疗一体化”放射性药物,依托其在放射性药物配体发现、分子优化及临床转化方面的综合能力,推动多条候选药物快速进入临床阶段,为患者提供新一代诊疗解决方案。25年9月完成超亿元人民币天使+轮融资。本轮融资由怀格资本、清松资本、芯能创投联合领投,跟投方包括新股东石药国方先导基金、苏高新融晟、礼致投资、弘厚投资,以及现有股东薄荷天使基金。资金将主要用于加速核心管线产品的临床试验申报及早期临床研究,同时支持高标准研发中心与技术平台的建设,以及高端研发人才的引进,全面夯实公司发展基础。
16.云克药业
云克药业前身为中国核动力研究设计院成都同位素应用研究所(1992年成立),2001年改制后专注放射性核素药物研发与生产,现为烟台东诚药业控股企业。公司构建了覆盖医用同位素制备、核药研发、生产销售及核医疗专科医院的全产业链体系,是国家同位素药物工程中心共建单位。云克药业依托同位素及药物国家工程研究中心分中心的平台优势,携手中国核动力研究设计院等多方力量,成功打通了多种医用同位素制备及规模化生产、放射性药物研发等全工艺链条,核心产品“云克”注射液是国内首个用于类风湿关节炎治疗的核素药物,2000年获批上市,入选多项国家诊疗指南。
17.云核医药
2023年7月,云南白药在天津成立云核医药,作为公司创新药物研发的重要载体。2024年4月,云核医药开始进行项目建设,建筑面积6000余平米,其中放射性工作场所2000平米,配备了各类分析仪器、小动物显像设备、研发热室、中试产线等先进仪器与设施设备,具备新药筛选、药物开发和临床样品生产供应能力。2024年10月31日,云核医药顺利取得天津市生态环境局颁发的辐射安全许可证,标志着公司核药研发中心(天津)项目正式具备使用放射性同位素和射线装置的资质,可以开展放射性药品研发和临床样品生产等工作。云核医药的建成启用,进一步提升了公司创新核药的研发能力与研发效率,支撑更多的研发管线进展。
18.智核生物
苏州智核生物成立于2015年,是一家致力于为全球患者提供创新性的放射性核素诊疗药物的核药企业,产品覆盖甲状腺癌、肿瘤放射性核素诊断药物与治疗药物等领域。公司成立至今已获得4轮累计超过2亿元的风险投资。
智核生物创建了具有自主知识产权的基于单域抗体的放射性药物发现、研发、生产技术平台,并按照cGMP标准建设并启用了数千平的放射性药物GMP车间(乙级资质)。公司前瞻性地布局了10多个创新核素诊断和治疗产品管线。国内首个人促甲状腺激素(rhTSH,智舒嘉®)已获批上市,填补了中国大陆用药空白。多个创新的针对肿瘤的放射性显影药物已经逐步进入临床,全新靶点的放射性治疗性药物获得潜在分子,即将启动临床。
四
结语
核药作为多学科交叉的领域,挑战与机遇并存。随着研发的持续深入、技术的日趋成熟,再叠加 AI 等前沿技术的赋能,我们有理由期待核药领域迎来全新的发展突破。
第三届全球核药开发峰会于2026.3.19-20在上海召开,点击“阅读原文”即可报名
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END
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