Tomografia fluorescencyjna

Plik Tomografia fluorescencyjna to technika obrazowania stosowana głównie w diagnostyce in vivo. Opiera się na zastosowaniu barwników fluorescencyjnych, które służą jako biomarkery. Obecnie procedura ta jest najczęściej stosowana w badaniach lub w badaniach prenatalnych.

Co to jest tomografia fluorescencyjna?

Tomografia fluorescencyjna rejestruje i określa ilościowo trójwymiarową dystrybucję biomarkerów fluorescencyjnych w tkankach biologicznych. Tak zwane fluorofory, czyli substancje fluorescencyjne, początkowo absorbują promieniowanie elektromagnetyczne w bliskiej podczerwieni. Następnie ponownie emitują promieniowanie w nieco niższym stanie energetycznym. Takie zachowanie biocząsteczek nazywane jest fluorescencją.

Absorpcja i emisja zachodzą w zakresie długości fal 700 - 900 nm widma elektromagnetycznego. Jako fluorofory stosuje się głównie polimetiny. Są to barwniki, które mają sprzężone pary elektronów w cząsteczce i dlatego są w stanie absorbować fotony, aby wzbudzić elektrony. Ta energia jest ponownie uwalniana wraz z emisją światła i wytwarzaniem ciepła.

Podczas gdy barwnik fluorescencyjny świeci, można zwizualizować jego rozkład w organizmie. Podobnie jak środki kontrastowe, fluorofory są używane w innych procedurach obrazowania. Można je podawać dożylnie lub doustnie, w zależności od obszaru zastosowania. Tomografia fluorescencyjna jest również odpowiednia do stosowania w obrazowaniu molekularnym.

Funkcja, efekt i cele

Tomografia fluorescencyjna jest zwykle stosowana w bliskiej podczerwieni, ponieważ światło podczerwone o krótkiej fali może łatwo przechodzić przez tkanki ciała. Tylko woda i hemoglobina są w stanie absorbować promieniowanie w tym zakresie długości fal. W typowej tkance hemoglobina jest odpowiedzialna za około 34 do 64 procent wchłaniania. Jest zatem decydującym czynnikiem dla tej procedury.

Istnieje okno spektralne w zakresie od 700 do 900 nanometrów. W tym zakresie długości fal znajduje się również promieniowanie barwników fluorescencyjnych. Dlatego krótkofalowe światło podczerwone może dobrze penetrować tkankę biologiczną. Resztkowa absorpcja i rozpraszanie promieniowania są czynnikami ograniczającymi zabieg, dlatego jego zastosowanie ogranicza się do małych objętości tkanek. Barwniki fluorescencyjne z grupy polimetyn są obecnie używane głównie jako fluorofory. Ponieważ jednak barwniki te ulegają powolnemu zniszczeniu pod wpływem ekspozycji, ich użycie jest znacznie ograniczone. Alternatywą są kropki kwantowe wykonane z materiałów półprzewodnikowych.

Są to nanociała, ale mogą zawierać selen, arsen i kadm, tak więc ich stosowanie u ludzi należy zasadniczo wykluczyć. Białka, oligonukleotydy lub peptydy działają jako ligandy do koniugacji z barwnikami fluorescencyjnymi. W wyjątkowych przypadkach stosuje się również niesprzężone barwniki fluorescencyjne. Barwnik fluorescencyjny „zieleń indocyjaninowa” jest stosowany jako środek kontrastowy w angiografii u ludzi od 1959 r. Biomarkery sprzężonej fluorescencji nie są obecnie zatwierdzone dla ludzi. W przypadku badań aplikacyjnych tomografii fluorescencyjnej przeprowadza się obecnie jedynie doświadczenia na zwierzętach.

Biomarker fluorescencyjny jest podawany dożylnie, a następnie rozprowadzanie barwnika i jego akumulacja w badanej tkance są badane w sposób rozdzielczy w czasie. Powierzchnia ciała zwierzęcia jest skanowana laserem NIR. Kamera rejestruje promieniowanie emitowane przez biomarker fluorescencyjny i łączy obrazy w film 3D. W ten sposób można śledzić ścieżkę biomarkerów. W tym samym czasie można również zarejestrować objętość zaznaczonej tkanki, aby można było ocenić, czy jest to prawdopodobnie tkanka nowotworowa. Obecnie tomografia fluorescencyjna jest wykorzystywana na wiele sposobów w badaniach przedklinicznych. Prowadzone są również intensywne prace nad możliwymi zastosowaniami w diagnostyce ludzi.

Badania odgrywają tu pierwszoplanową rolę w ich zastosowaniu w diagnostyce raka, zwłaszcza raka piersi. Zakłada się, że mammografia fluorescencyjna może stanowić niedrogą i szybką metodę przesiewową w kierunku raka piersi. Już w 2000 roku firma Schering AG przedstawiła zmodyfikowaną zieleń indocyjaninową jako środek kontrastowy dla tego procesu. Jednak nie został jeszcze zatwierdzony. Omówiono również aplikację do kontrolowania przepływu limfy. Innym potencjalnym obszarem zastosowania byłoby wykorzystanie metody oceny ryzyka u chorych na raka. Tomografia fluorescencyjna ma również duży potencjał w zakresie wczesnego wykrywania reumatoidalnego zapalenia stawów.

Ryzyko, skutki uboczne i niebezpieczeństwa

Tomografia fluorescencyjna ma kilka zalet w porównaniu z niektórymi innymi technikami obrazowania. Jest to bardzo czuła procedura, w której do obrazowania wystarczą nawet najmniejsze ilości fluoroforu. Ich czułość można porównać z procedurami medycyny nuklearnej PET (pozytonowa tomografia emisyjna) i SPECT (emisyjna tomografia komputerowa pojedynczego fotonu).

Pod tym względem przewyższa nawet MRI (obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego). Ponadto tomografia fluorescencyjna jest metodą bardzo niedrogą. Dotyczy to inwestycji i eksploatacji sprzętu, a także realizacji badań. Ponadto nie ma narażenia na promieniowanie. Jednak wadą jest to, że wysokie straty rozpraszania drastycznie zmniejszają rozdzielczość przestrzenną wraz ze wzrostem głębokości ciała. Dlatego można badać tylko małe powierzchnie tkanki. Obecnie u ludzi narządy wewnętrzne nie mogą być dobrze reprezentowane. Jednak podejmuje się próby ograniczenia efektów rozpraszania poprzez opracowywanie metod selektywnych czasowo.

Silnie rozproszone fotony są oddzielane od jedynych lekko rozproszonych fotonów. Ten proces nie jest jeszcze w pełni rozwinięty. Istnieje również potrzeba dalszych badań nad opracowaniem odpowiedniego biomarkera fluorescencyjnego. Poprzednie biomarkery fluorescencyjne nie są zatwierdzone dla ludzi. Obecnie stosowane barwniki rozkładają się pod wpływem światła, co oznacza znaczną wadę ich stosowania. Możliwą alternatywą są tzw. Kropki kwantowe wykonane z materiałów półprzewodnikowych, jednak ze względu na zawartość substancji toksycznych, takich jak kadm czy arsen, nie nadają się one do stosowania w diagnostyce in vivo u ludzi.