Nucleaire geneesmiddelen vormen een bijzondere klasse binnen de geneeskunde, waarbij gebruik wordt gemaakt van radioactieve stoffen (radionucliden) voor diagnostiek en therapie van verschillende ziektebeelden, waaronder kanker. De combinatie van diagnostiek en therapie noemen we ook wel theranostiek, en door deze unieke combinatie kunnen concrete stappen gezet worden op gebied van gepersonaliseerde behandelingen, patiëntselectie en het minimaliseren van bijwerkingen. Nucleaire geneesmiddelen komen in verschillende vormen met elk hun eigen unieke eigenschappen.

Gerichte radionucliden therapie of Targeted radionuclide therapie (TRT) is de grootste klasse nucleair geneesmiddelen. Hierbij wordt een radionuclide gekoppeld aan een doelmolecuul dat zich aan de kankercellen of structuren dicht bij de kankercellen bindt. Bij de diagnose kan het doelmolecuul verbonden worden aan een radionuclide dat vooral geschikt is voor beeldvorming, om diagnose te stellen en behandelstrategie te bepalen. Bij therapie kan hetzelfde doelmolecuul aan een ander radionuclide verbonden worden om zo de tumor gericht te behandelen. Een bekend voorbeeld hiervan is het gebruik van fluor-18 PSMA voor diagnose van prostaatkanker en gerichte behandeling met lutetium-177 PSMA. Het grote voordeel van TRT is dat deze heel precies werkt waardoor gezonde weefsels zoveel mogelijk worden gespaard en bijwerkingen voorkomen. Dit maakt de therapie bijzonder geschikt voor moeilijk bereikbare of uitgezaaide tumoren.

Soms wordt het radionuclide niet aan een doelmolecuul gebonden maar vindt het radionuclide zelf zijn weg naar de behandellocatie. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de langst bestaande nucleaire behandeling: radioactief jodium voor schildklieraandoeningen. Ook deze toepassing noemen we vaak  TRT.

Bij lokale radionuclidentherapie wordt radioactief materiaal direct bij de tumor ingebracht. Dit kan door tijdens een operatie een radioactieve bron te plaatsen (brachytherapie) of door de bron via een bloedvat dat naar de tumor loopt in te spuiten (radio‑embolisatie). Deze behandeling wordt vaak gezien als een medisch hulpmiddel, omdat het materiaal in het lichaam achterblijft nadat de radioactiviteit is verdwenen. Omdat bij lokale radionuclidenthreapie de straling dicht bij de tumor zit, zijn er meestal weinig bijwerkingen, terwijl lokaal veel straling af wordt gegeven. De behandeling is wel beperkt tot één of enkele goed bereikbare plekken en niet voor uitgezaaide ziekte.

Afhankelijk van het tumortype kunnen verschillende radionucliden, doelmoleculen en toedienroutes gekozen worden om zo de meest geschikte behandeling te vinden. Zo kan het type straler (alfa, beta en/of gamma, waarbij de stralingsoorten een verschillende doordringdiepte in weefsel hebben), de halfwaardetijd of dose rate (hoe snel het radionuclide vervalt, of in hoeveel tijd de straling wordt afgegeven), en de toegediende activiteit (de toegediende hoeveelheid aan radioactief middel in Becquerel) afgestemd worden op het type tumor en de individuele patiënt. Sinds enkele jaren neemt het onderzoek naar zo effectief en minimaal invasieve nucleaire geneesmiddelen sterk toe, en bevindt dit onderzoeksveld zich volop in ontwikkeling voor verschillende tumortypen.