Au début des années 1900, le chimiste anglais Frederick Soddy s’est rendu compte qu’un élément pouvait avoir des atomes de masses différentes qui étaient chimiquement indiscernables. Ces différents types sont appelés isotopes – des atomes d’un même élément dont la masse diffère. Les isotopes diffèrent en masse parce qu’ils ont un nombre différent de neutrons, mais sont chimiquement identiques parce qu’ils ont le même nombre de protons. Soddy a reçu le prix Nobel de chimie en 1921 pour cette découverte.

Un isotope contenant plus que le nombre habituel de neutrons est appelé isotope lourd. Les isotopes lourds ont tendance à être instables, et les isotopes instables sont radioactifs. Un isotope radioactif est un isotope dont le noyau se désintègre facilement, dégageant des particules subatomiques et de l’énergie électromagnétique. Différents isotopes radioactifs (radio-isotopes) diffèrent par leur demi-vie, c’est-à-dire le temps qu’il faut à la moitié d’un échantillon de n’importe quelle taille d’isotope pour se désintégrer.

Les radio-isotopes émettent des particules subatomiques qui peuvent être détectées et suivies par les technologies d’imagerie. Les isotopes faiblement radioactifs, appelés radiotraceurs, à demi-vie courte, peuvent être utilisés en imagerie médicale. Ceux-ci sont généralement éliminés du corps en quelques heures ou jours par les poumons, l’urine ou les selles. En raison de la faible intensité des rayonnements émis et des demi-vies plus courtes, ces radiotraceurs ne présentent aucune menace de maladie induite par les rayonnements.

La tomographie par émission de positons détecte l’activité du glucose radioactif, le sucre simple que les cellules utilisent pour produire de l’énergie. La caméra TEP révèle quels tissus du patient absorbent le plus de glucose. Les tissus les plus métaboliquement actifs apparaissent sous forme de « points chauds » brillants sur les images. Le TEP peut révéler des masses cancéreuses parce que les cellules cancéreuses consomment du glucose à un taux élevé pour alimenter leur reproduction rapide.

Une exposition excessive aux isotopes radioactifs peut endommager les cellules humaines et même provoquer le cancer et des handicaps congénitaux, mais lorsque l’exposition est contrôlée, certains isotopes radioactifs peuvent être utiles en médecine. La radiothérapie utilise un rayonnement de haute énergie pour endommager l’ADN des cellules cancéreuses, ce qui les tue ou les empêche de se diviser.

Ce texte est partiellement adapté de Openstax, Chemistry 2e, Section 2.2 Evolution of Atomic Theory, Openstax, Anatomie et physiologie 2e, Section 2.1 : Éléments et atomes : les éléments constitutifs de la matière, et Openstax, Chimie 2e, Section 21.5 : Utilisation des radio-isotopes.