Fluoreszcencia tomográfia

A Fluoreszcencia tomográfia egy képalkotó technika, amelyet főként in vivo diagnosztikában használnak. Alapján fluoreszcens festékek alkalmazhatók, amelyek biomarkerekként szolgálnak. Manapság az eljárást főként kutatásokban vagy prenatális vizsgálatokban alkalmazzák.

Mi a fluoreszcencia tomográfia?

A fluoreszcencia tomográfia rögzíti és mennyiségileg meghatározza a fluoreszcens biomarkerek háromdimenziós eloszlását a biológiai szövetekben. Az úgynevezett fluoroforok, azaz a fluoreszcens anyagok kezdetben elnyelik az elektromágneses sugárzást a közeli infravörös tartományban. Ezután ismét kissé alacsonyabb energiaállapotú sugárzást bocsátanak ki. A biomolekulák ezt a viselkedését fluoreszcenciának nevezzük.

Az abszorpció és a kibocsátás az elektromágneses spektrum 700-900 nm közötti hullámhossz-tartományban zajlik. A polimeteneket főként fluoroforokként használják. Ezek olyan színezékek, amelyek konjugáló elektronpárokat tartalmaznak a molekulában, és ezért képesek fotonok abszorpciójára az elektronok gerjesztésére. Ezt az energiát fénykibocsátás és hőtermelés útján szabadul fel újra.

Amíg a fluoreszkáló festék izzó, a testben való eloszlása ​​látható. A kontrasztanyaghoz hasonlóan a fluoroforokat használják más képalkotó eljárásokban is. Beadhatók intravénásan vagy orálisan, az alkalmazás területétől függően. A fluoreszcencia tomográfia molekuláris képalkotásban is használható.

Funkció, hatás és célok

A fluoreszcencia tomográfiát általában a közeli infravörös tartományban használják, mivel a rövidhullámú infravörös fény könnyen átjuthat a test szövetén. Csak a víz és a hemoglobin képes abszorbeálni a sugárzást ebben a hullámhossz-tartományban. Egy tipikus szövetben a hemoglobin a felszívódás körülbelül 34-64% -áért felelős. Ezért ez az eljárás meghatározó tényezője.

A spektrális ablak 700 és 900 nanométer között van. A fluoreszcens festékek sugárzása szintén ebben a hullámhossz-tartományban van. Ezért a rövidhullámú infravörös fény jól áthatolhat a biológiai szövetben. A sugárzás maradék abszorpciója és szétszóródása korlátozzák az eljárás menetét, így alkalmazása továbbra is kis szövetmennyiségekre korlátozódik. Manapság elsősorban a fluoreszcens festékeket alkalmazzák a polimetilcsoportokból. Mivel azonban ezek a festékek lassan megsemmisülnek az expozíció során, felhasználásuk jelentősen korlátozott. Alternatív megoldás a félvezető anyagokból készült kvantum pontok.

Ezek nanocsoportok, de tartalmazhatnak szelént, arzént és kadmiumot, ezért az emberben való alkalmazásukat elvben ki kell zárni. A fehérjék, oligonukleotidok vagy peptidek mint fluoreszcens festékekkel konjugált ligandumok. Kivételes esetekben nem konjugált fluoreszcens festékeket is használnak. Az "indocianin zöld" fluoreszcens festéket 1959 óta használják kontrasztanyagként az angiográfiában az embereknél. A konjugált fluoreszcens biomarkereket jelenleg nem hagyják jóvá az emberek számára. A fluoreszcens tomográfia alkalmazásának kutatására manapság csak állatkísérleteket végeznek.

A fluoreszcens biomarkert intravénásán alkalmazzuk, majd a festék eloszlását és felhalmozódását a vizsgálandó szövetben egy időmegoldással megvizsgáljuk. Az állat testfelületét NIR-lézerrel szkenneljük. A kamera rögzíti a fluoreszcens biomarker által kibocsátott sugárzást, és a képeket 3D filmbe egyesíti. Ilyen módon követhető a biomarkerek útja. Ugyanakkor a megjelölt szövet térfogatát is fel lehet jegyezni, hogy meg lehessen becsülni, hogy valószínűleg tumorszövet-e. Manapság a preklinikai vizsgálatokban sokféle módon alkalmazzák a fluoreszcencia tomográfiát. Intenzív munkát végeznek az emberi diagnosztika lehetséges felhasználásaival kapcsolatban is.

A kutatás kiemelkedő szerepet játszik itt a rákdiagnosztikában, különösen az emlőrákban. Feltételezzük, hogy a fluoreszcens mammográfia olcsó és gyors szűrővizsgálatot nyújthat az emlőrákban. A Schering AG már 2000-ben módosított indocianinzöldet mutatott be kontrasztanyagként ehhez a folyamathoz. Ezt azonban még nem hagyták jóvá. Megvitatják a nyirokáramlás szabályozására szolgáló alkalmazást is. Egy másik lehetséges alkalmazási terület a módszer használata a rákos betegek kockázatértékelésére. A fluoreszcencia tomográfia nagy lehetőségeket kínál a rheumatoid arthritis korai felismerésére is.

Kockázatok, mellékhatások és veszélyek

A fluoreszcencia tomográfia számos előnnyel rendelkezik néhány más képalkotó módszerrel szemben. Nagyon érzékeny eljárás, amelyben a legkisebb mennyiségű fluorofor is elegendő a képalkotáshoz. Érzékenységük összehasonlítható a nukleáris gyógyászati ​​eljárásokkal a PET (pozitron emissziós tomográfia) és a SPECT (egy foton emissziós számításos tomográfia) eljárásokkal.

Ebben a tekintetben még jobb az MRI-nél (mágneses rezonancia képalkotás). Ezenkívül a fluoreszcencia tomográfia nagyon olcsó módszer. Ez vonatkozik a berendezések beruházására és üzemeltetésére, valamint a vizsgálat végrehajtására. Ezen felül nincs sugárterhelés. Hátránya azonban, hogy a nagy szórásveszteségek drasztikusan csökkentik a térbeli felbontást a testmélység növekedésével. Ezért csak kis szöveti felületeket lehet megvizsgálni. Az emberekben a belső szerveket jelenleg nem lehet jól ábrázolni. Időszelektív módszerek kidolgozásával azonban megpróbálják korlátozni a szórási hatásokat.

Az erősen szétszórt fotonokat elválasztják az egyetlen enyhén szétszórt fotontól. Ezt a folyamatot még nem fejlesztették ki teljesen. További kutatásokra is szükség van egy megfelelő fluoreszcens biomarker kifejlesztéséhez. A korábbi fluoreszcens biomarkereket nem hagyták jóvá az emberek számára. A jelenleg alkalmazott színezékeket a fény hatására bontják le, ami használatuk szempontjából jelentős hátrányt jelent. Lehetséges alternatívák a félvezető anyagokból készített úgynevezett kvantumpontok, amelyek azonban mérgező anyagok, például kadmium vagy arzén tartalma miatt nem alkalmasak in vivo diagnosztikára emberben.