Fluorescentna tomografija

The Fluorescentna tomografija je slikovna tehnika, ki se uporablja predvsem v in vivo diagnostiki. Temelji na uporabi fluorescentnih barvil, ki služijo kot biomarkerji. Danes se postopek večinoma uporablja pri raziskavah ali prenatalnih študijah.

Kaj je fluorescenčna tomografija?

Fluorescenčna tomografija beleži in količinsko opredeljuje tridimenzionalno porazdelitev fluorescentnih biomarkerjev v bioloških tkivih. Tako imenovani fluorofori, tj. Fluorescenčne snovi, v začetku absorbirajo elektromagnetno sevanje v bližnjem infrardečem območju. Nato spet oddajajo sevanje v nekoliko nižjem energijskem stanju. Takšno vedenje biomolekul se imenuje fluorescenca.

Absorpcija in emisija potekata v območju valovnih dolžin med 700 - 900 nm elektromagnetnega spektra. Polimetini se večinoma uporabljajo kot fluorofori. To so barvila, ki imajo v molekuli konjugacijske elektronske pare in zato lahko absorbirajo fotone, da vzbudijo elektrone. Ta energija se ponovno sprosti s svetlobo in toploto.

Medtem ko fluorescentno barvilo sveti, je mogoče razstaviti njegovo porazdelitev po telesu. Tako kot kontrastna sredstva se tudi fluorofor uporablja pri drugih postopkih slikanja. Lahko jih dajemo intravensko ali peroralno, odvisno od področja uporabe. Fluorescenčna tomografija je primerna tudi za uporabo pri molekularnem slikanju.

Funkcija, učinek in cilji

Fluorescenčna tomografija se ponavadi uporablja v bližnjem infrardečem območju, ker kratkoročno infrardeča svetloba zlahka prehaja skozi telesno tkivo. Samo voda in hemoglobin lahko absorbira sevanje v tem območju valovnih dolžin. V značilnem tkivu je hemoglobin odgovoren za približno 34 do 64 odstotkov absorpcije. Zato je odločilni dejavnik tega postopka.

V območju od 700 do 900 nanometrov je spektralno okno. V tem območju valovnih dolžin je tudi sevanje iz fluorescentnih barvil. Zato lahko kratko valovna infrardeča svetloba dobro prodre v biološko tkivo. Preostala absorpcija in razpršitev sevanja sta omejujoča dejavnika postopka, tako da njegova uporaba ostane omejena na majhne količine tkiva. Fluorescentna barvila iz skupine polimetikov se danes večinoma uporabljajo kot fluorofori. Ker pa se ta barvila ob izpostavljenosti počasi uničujejo, je njihova uporaba znatno omejena. Kvantne pike, izdelane iz polprevodniških materialov, so alternativa.

To so nanotitelesa, vendar lahko vsebujejo selen, arzen in kadmij, tako da je treba načeloma izključiti njihovo uporabo pri ljudeh. Proteini, oligonukleotidi ali peptidi delujejo kot ligandi za konjugacijo s fluorescentnimi barvili. V izjemnih primerih se uporabljajo tudi nekonjugirana fluorescenčna barvila. Fluorescentno barvilo "indocyanine green" se uporablja kot kontrastno sredstvo pri angiografiji pri ljudeh od leta 1959. Konjugirani fluorescenčni biomarkerji trenutno niso odobreni za ljudi. Za aplikativne raziskave s fluorescentno tomografijo se danes izvajajo samo poskusi na živalih.

Fluorescenčni biomarker se aplicira intravensko, nato pa se časovno razreši porazdelitev barvila in njegovo kopičenje v tkivu, ki ga je treba preučiti. Površina telesa živali se skenira z NIR laserjem. Kamera beleži sevanje, ki ga oddaja fluorescenčni biomarker in slike združuje v 3D film. Na ta način lahko sledimo poti biomarkerjev. Hkrati je mogoče zabeležiti tudi volumen označenega tkiva, tako da je mogoče oceniti, ali gre morda za tumorsko tkivo. Danes se fluorescentna tomografija v predkliničnih študijah uporablja na več načinov. Intenzivno se izvaja tudi možno uporabo v človeški diagnostiki.

Raziskave igrajo tukaj pomembno vlogo pri njegovi uporabi v diagnostiki raka, zlasti pri raku dojk. Domneva se, da ima fluorescenčna mamografija možnost poceni in hitrega presejalnega načina za raka dojke. Že leta 2000 je družba Schering AG predstavila modificirano indocijaninsko zeleno kot kontrastno sredstvo za ta postopek. Vendar še ni bil odobren. Obravnavana je tudi aplikacija za nadzor limfnega pretoka. Drugo možno področje uporabe bi bila uporaba metode za oceno tveganja pri bolnikih z rakom. Fluorescenčna tomografija ima tudi velik potencial za zgodnje odkrivanje revmatoidnega artritisa.

Tveganja, neželeni učinki in nevarnosti

Fluorescenčna tomografija ima več prednosti pred nekaterimi drugimi slikami. Gre za zelo občutljiv postopek, pri katerem za slikanje zadostujejo že najmanjše količine fluorofore. Njihovo občutljivost lahko primerjamo s postopki nuklearne medicine PET (pozitronsko-emisijska tomografija) in SPECT (računalniška tomografija z enim fotonskim emisijam).

V tem pogledu je celo boljši od MRI (slikanje z magnetno resonanco). Poleg tega je fluorescenčna tomografija zelo poceni metoda. To velja za naložbe v opremo in delovanje ter izvajanje preiskave. Poleg tega ni izpostavljenosti sevanju. Pomanjkljivost pa je, da velike izgube zaradi razprševanja drastično zmanjšujejo prostorsko ločljivost z naraščajočo globino telesa. Zato je mogoče pregledati le majhne površine tkiv. Pri ljudeh notranji organi trenutno niso dobro predstavljeni. Vendar obstajajo poskusi omejitve učinkov raztresenja z razvojem časovno izbirnih metod.

Močno razpršeni fotoni so ločeni od edinih rahlo razpršenih fotonov. Ta postopek še ni v celoti razvit. Potrebne so tudi nadaljnje raziskave za razvoj primernega fluorescenčnega biomarkerja. Prejšnji fluorescenčni biomarkerji niso odobreni za ljudi. Trenutno uporabljena barvila se razgradijo zaradi delovanja svetlobe, kar pomeni znatno pomanjkljivost za njihovo uporabo. Možne možnosti so tako imenovane kvantne pike, izdelane iz polprevodniških materialov, vendar zaradi vsebnosti strupenih snovi, kot sta kadmij ali arzen, niso primerne za uporabo pri in vivo diagnostiki pri ljudeh.