41Ca是一个长寿命放射性核素,在大气中主要是由于宇宙射线和Kr发生散裂反应产生；在岩石中是由于40Ca热中子俘获反应产生；人工合成的41Ca则是由一定量的高纯含钙同位素40CaO经过反应堆辐照获得。41Ca具有半衰期长(1.03×105a),安全性好(EC伴随3.3kev的X射线),测量灵敏度高(天然丰度仅为10-14～10-15),在生物体代谢过程中衰变量甚少,能实现长期的生物示踪实验。加速器质谱(AMS)出现,实现了对41Ca的准确测量,推动41Ca作为一种理想的生物示踪剂被广泛应用。41Ca在地球科学、环境科学、核天体物理、生命科学等方面都有着重要的作用。近些年,随着经济的快速发展,癌症疾病导致的死亡率也呈现持续增长的趋势。面对癌症疾病的威胁,全世界开展了对其的深入研究,但癌症患者5年生存率这个问题难以突破,究其原因主要是由于癌症易发生远处播散,而一旦发生远处播散,约30-40%会发生骨转移。骨转移属于肿瘤常见且致命的并发症,发生骨转移后常规的化疗、放疗和手术难以有效的减轻骨转移患者的症状,延长患者中位生存时间。目前医学上用于辅助诊断癌细胞骨转移的手段有：放射性同位素全身骨静态扫描(ECT)、骨代谢标志物监测、X线检查、计算机断层扫描(CT)、核磁共振(MRI)等。这些诊断手段都存在灵敏度不足的局限性,难以达到诊断早期的骨转移的要求。本工作利用AMS高的灵敏度及所用样品用量少的特点,结合41Ca为理想的生物示踪剂的优点,监测实验大鼠尿液中41Ca信号的变化,进行41Ca-AMS技术应用于癌细胞骨转移早期诊断的方法研究,借助此方法的研究推动癌细胞骨转移诊断学的发展。研究内容主要包括以下几点：(1)较为详细地介绍了41Ca特点和加速器质谱(AMS)的优势,及国内外41Ca-AMS技术用于生物示踪的研究现状。(2)介绍了骨转移发生的机理及其危害,而现在的医学对骨转移诊断手段存在不足,迫切需要寻求新的更灵敏的诊断癌症骨转移早期的方法。(3)建立癌症骨转移模型方法的预实验。动物示踪实验的顺利进行,骨转移模型的成功建立至关重要。首先选取3月龄雄性SD大鼠,随机分成四组,分别采用尾静脉注射法、股动脉注射法、股骨腔注射法及股肌肉注射的方法接种Walker256乳腺癌细胞,建立大鼠的骨转移模型。然后进行CT扫描和组织病理学分析,最后根据CT及组织病理学的分析结果,表明股肌肉注射法为最佳的建立骨转移模型的方法,此方法将用于示踪实验中建立骨转移模型。(4)生物示踪实验-41Ca标记大鼠。选取三月龄的大鼠(SPF级),随机分为空白对照组(A)、肿瘤无治疗组(B)、唑来膦酸治疗组(C)和中药剂(蛇床子-补骨脂)治疗组(D),采用肌肉注射法给每只大鼠进行4]Ca标记。标记后,正常饲养40天,定期收集24小时后的排泄物(尿液),不定期采集血样。(5)生物示踪实验-建立大鼠的骨转移模型。分别对B,C,D组中大鼠的左边股肌肉处接种Walker256细胞悬浊液,而A组的大鼠进行正常饲养。在接种后所有大鼠进行正常饲养一个月,期间进行CT扫描,定期收集24小时的尿液,不定期收集血样。(6)生物示踪实验-对大鼠进行药物干扰。接种肿瘤细胞一个月后,C组的大鼠进行皮下注射唑来膦酸试剂,一周两次；D组的大鼠进行口服蛇床子-补骨脂的复合药液,一周两次；A、D组的大鼠进行正常饲养。药物干扰治疗时间持续一个月,期间定期收集24小时大鼠尿样,不定期收集血样及进行CT扫描。实验结束后处死所有大鼠,提取其股骨和胫骨,进行组织病理学分析。(7)样品的制备。收集的血液经过处理后取其血清进行骨代谢标记物(NTx)检测；尿液进过一系列化学流程制成CaF2化学形式的AMS测量样品；股骨和胫骨制成病理切片,进行病理组织学分析。(8)尿液样品进行AMS测量。测量41Ca时,离子源选择引出CaF3-负离子,通过膜剥离后,选择电荷态为7+,调节加速器端电压,最后用多阳极电离室探测41Ca的计数。研究结果表明41Ca-AMS技术可以应用于癌细胞骨转移的早期诊断,且能对抗癌药物治疗效果进行一定程度评价。该技术可为临床癌症的防治提供重要的科学依据,解决了现有监测手段的灵敏度都相对较低,难以实现癌细胞骨转移的早期监测的问题。