Fluoresenssitomografia

Fluoresenssitomografia on kuvantamistekniikka, jota käytetään pääasiassa in vivo -diagnostiikassa. Se perustuu fluoresoivien väriaineiden käyttöön, jotka toimivat biomarkkereina. Nykyään menetelmää käytetään enimmäkseen tutkimuksessa tai synnytystutkimuksissa.

Mikä on fluoresenssitomografia?

Fluoresenssitomografia tallentaa ja kvantifioi fluoresoivien biomarkkereiden kolmiulotteisen jakautumisen biologisissa kudoksissa. Niin kutsutut fluoroforit, ts. Fluoresoivat aineet, absorboivat aluksi sähkömagneettista säteilyä lähellä infrapuna-aluetta. Sitten ne lähettävät säteilyä jälleen hieman alhaisemmassa energiatilassa. Tätä biomolekyylien käyttäytymistä kutsutaan fluoresenssiksi.

Absorptio ja emissiot tapahtuvat sähkömagneettisen spektrin aallonpituusalueella 700 - 900 nm. Polymetiinejä käytetään enimmäkseen fluoroforeina. Nämä ovat väriaineita, joissa on konjugoivia elektronipareja molekyylissä ja jotka sen vuoksi kykenevät absorboimaan fotoneja elektronien virittämiseksi. Tämä energia vapautuu jälleen valon säteilyn ja lämmön muodostumisen myötä.

Kun fluoresoiva väriaine hehkuu, sen jakautumista kehossa voidaan havaita. Kuten varjoaineita, fluoroforeja käytetään muissa kuvantamismenetelmissä. Niitä voidaan antaa laskimonsisäisesti tai suun kautta sovellusalueesta riippuen. Fluoresenssitomografia soveltuu myös käytettäväksi molekyylikuvauksessa.

Toiminta, vaikutus ja tavoitteet

Fluoresenssitomografiaa käytetään yleensä lähellä infrapuna-aluetta, koska lyhytaaltoinfrapunavalo pääsee helposti kehon kudoksen läpi. Vain vesi ja hemoglobiini kykenevät absorboimaan säteilyä tällä aallonpituusalueella. Tyypillisessä kudoksessa hemoglobiini vastaa noin 34 - 64 prosentista imeytymisestä. Siksi se on määräävä tekijä tässä menettelyssä.

Spektri-ikkuna on välillä 700 - 900 nanometriä. Fluoresoivien värien säteily on myös tällä aallonpituusalueella. Siksi lyhytaaltoinfrapunavalo voi tunkeutua biologiseen kudokseen hyvin. Säteilyn jäännösabsorptio ja sironta ovat toimenpiteen rajoittavia tekijöitä, joten sen soveltaminen rajoittuu pieniin kudostilavuuksiin. Polymetiiniryhmän fluoresoivia väriaineita käytetään nykyään pääasiassa fluoroforeina. Koska nämä väriaineet kuitenkin tuhoutuvat hitaasti altistuessa, niiden käyttö on huomattavasti rajoitettua. Puolijohdemateriaaleista tehdyt kvanttipisteet ovat vaihtoehto.

Nämä ovat nanorakenteita, mutta ne voivat sisältää seleeniä, arseenia ja kadmiumia, joten niiden käyttö ihmisissä on periaatteessa suljettava pois. Proteiinit, oligonukleotidit tai peptidit toimivat ligandeina konjugoituna fluoresoivien väriaineiden kanssa. Poikkeustapauksissa käytetään myös konjugoimattomia fluoresoivia väriaineita. Fluoresoivaa väriainetta "indosyaniininvihreä" on käytetty varjoaineena angiografiassa ihmisillä vuodesta 1959. Konjugoituja fluoresenssibiomarkereita ei tällä hetkellä hyväksytä ihmisille. Fluoresenssitomografian sovellustutkimuksia varten tehdään nykyään vain eläinkokeita.

Fluoresenssibiomarkeri levitetään laskimonsisäisesti ja väriaineen jakautumista ja sen kertymistä tutkittavaan kudokseen tutkitaan sitten aikaratkaisulla. Eläimen kehon pinta skannataan NIR-laserilla. Kamera tallentaa fluoresoivan biomarkkerin lähettämän säteilyn ja yhdistää kuvat 3D-elokuvaksi. Tällä tavoin voidaan seurata biomarkkereiden polkua. Samalla voidaan merkitä myös merkityn kudoksen tilavuus siten, että on mahdollista arvioida, onko kyse mahdollisesti kasvainkudoksesta. Nykyään fluoresenssitomografiaa käytetään monin tavoin prekliinisissä tutkimuksissa. Intensiivisessä työssä tehdään myös mahdollisia käyttötapoja ihmisdiagnostiikassa.

Tutkimuksella on tässä merkittävä asema sen soveltamisessa syöpädiagnostiikkaan, erityisesti rintasyöpään. Oletetaan, että fluoresenssimamografialla on potentiaali edulliselle ja nopealle rintasyövän seulontamenetelmälle. Schering AG esitteli jo vuonna 2000 modifioidun indosyaniinivihreän varjoaineena tätä prosessia varten. Sitä ei kuitenkaan ole vielä hyväksytty. Keskustetaan myös sovelluksesta imunesteen virtauksen hallitsemiseksi. Toinen mahdollinen sovellusalue olisi menetelmän käyttö riskinarviointiin syöpäpotilailla. Fluoresenssitomografialla on myös suuri potentiaali nivelreuman varhaiseen havaitsemiseen.

Riskit, sivuvaikutukset ja vaarat

Fluoresenssitomografialla on useita etuja verrattuna muihin kuvantamistekniikoihin. Se on erittäin herkkä menetelmä, jossa pienimmätkin fluoroforin määrät ovat riittäviä kuvantamiseen. Niiden herkkyyttä voidaan verrata ydinlääketieteellisiin menettelyihin PET (positroniemissiotomografia) ja SPECT (yksittäisen fotonin emissioihin perustuva tietokonetomografia).

Tässä suhteessa se on jopa parempi kuin MRI (magneettikuvaus). Lisäksi fluoresenssitomografia on erittäin edullinen menetelmä. Tämä koskee laiteinvestointeja ja toimintaa sekä tutkimuksen toteuttamista. Lisäksi säteilyaltistusta ei ole. Haittapuolena on kuitenkin se, että suuret sirontahäviöt vähentävät dramaattisesti alueellista resoluutiota vartalon syvyyden kasvaessa. Siksi vain pieniä kudospintoja voidaan tutkia. Ihmisillä sisäelimiä ei voida tällä hetkellä edustaa hyvin. Hajontavaikutuksia on kuitenkin yritetty rajoittaa kehittämällä aikaselektiivisiä menetelmiä.

Voimakkaasti hajautetut fotonit erotetaan vain vähän hajaantuneista fotoneista. Tätä prosessia ei ole vielä täysin kehitetty. Tarvitaan myös lisätutkimuksia sopivan fluoresoivan biomarkkerin kehittämiseksi. Aiempia fluoresenssibiomarkereita ei ole hyväksytty ihmisille. Nykyisin käytetyt väriaineet hajoavat valon vaikutuksesta, mikä tarkoittaa huomattavaa haittaa niiden käytölle. Mahdollisia vaihtoehtoja ovat puolijohdemateriaaleista valmistetut niin sanotut kvanttipisteet, mutta myrkyllisten aineiden, kuten kadmiumin tai arseenin pitoisuudestaan ​​johtuen ne eivät sovellu käytettäväksi in vivo -diagnostiikassa ihmisille.