Fluorescenčná tomografia

Fluorescenčná tomografia je zobrazovacia technika, ktorá sa používa hlavne v diagnostike in vivo. Je založená na použití fluorescenčných farbív, ktoré slúžia ako biomarkery. Dnes sa tento postup používa väčšinou vo výskume alebo v prenatálnych štúdiách.

Čo je to fluorescenčná tomografia?

Fluorescenčná tomografia zaznamenáva a kvantifikuje trojrozmerné rozdelenie fluorescenčných biomarkerov v biologických tkanivách. Tzv. Fluorofory, t.j. fluorescenčné látky, spočiatku absorbujú elektromagnetické žiarenie v blízkej infračervenej oblasti. Potom opäť vyžarujú žiarenie v mierne nižšom energetickom stave. Toto správanie sa biomolekúl sa nazýva fluorescencia.

K absorpcii a emisii dochádza v rozsahu vlnových dĺžok medzi 700 - 900 nm elektromagnetického spektra. Polyfóry sa väčšinou používajú ako fluorofory. Sú to farbivá, ktoré majú v molekule konjugačné páry elektrónov, a preto sú schopné absorbovať fotóny, aby excitovali elektróny. Táto energia sa znova uvoľňuje emisiou svetla a tvorbou tepla.

Kým fluorescenčné farbivo svieti, je možné vizualizovať jeho distribúciu v tele. Podobne ako kontrastné látky sa fluorofory používajú v iných zobrazovacích postupoch. Môžu byť podávané intravenózne alebo orálne, v závislosti od oblasti aplikácie. Fluorescenčná tomografia je tiež vhodná na použitie pri molekulárnom zobrazovaní.

Funkcia, účinok a ciele

Fluorescenčná tomografia sa zvyčajne používa v blízkej infračervenej oblasti, pretože infračervené svetlo s krátkymi vlnami môže ľahko prechádzať tkanivom tela. Iba voda a hemoglobín sú schopné absorbovať žiarenie v tomto rozsahu vlnových dĺžok. V typickom tkanive je hemoglobín zodpovedný za približne 34 až 64 percent absorpcie. Je preto určujúcim faktorom tohto postupu.

K dispozícii je spektrálne okno v rozsahu od 700 do 900 nanometrov. Žiarenie z fluorescenčných farbív je tiež v tomto rozsahu vlnových dĺžok. Preto môže infračervené svetlo s krátkymi vlnami dobre preniknúť do biologického tkaniva. Zvyšková absorpcia a rozptyl žiarenia sú limitujúcimi faktormi postupu, takže jeho aplikácia zostáva obmedzená na malé objemy tkaniva. Ako fluorofory sa dnes používajú hlavne fluorescenčné farbivá zo skupiny polymetínov. Pretože sa však tieto farbivá pri expozícii pomaly ničia, ich použitie je značne obmedzené. Alternatívou sú kvantové bodky vyrobené z polovodičových materiálov.

Sú to nanobody, ale môžu obsahovať selén, arzén a kadmium, takže ich použitie u ľudí musí byť v zásade vylúčené. Proteíny, oligonukleotidy alebo peptidy pôsobia ako ligandy na konjugáciu s fluorescenčnými farbivami. Vo výnimočných prípadoch sa tiež používajú nekonjugované fluorescenčné farbivá. Fluorescenčné farbivo "indokyanínová zelená" sa používa ako kontrastné médium v ​​angiografii u ľudí od roku 1959. Konjugované fluorescenčné biomarkery nie sú v súčasnosti pre ľudí schválené. Pre výskum aplikácií pre fluorescenčnú tomografiu sa dnes vykonávajú iba pokusy na zvieratách.

Fluorescenčný biomarker sa aplikuje intravenózne a distribúcia farbiva a jeho akumulácia v testovanom tkanive sa potom skúmajú časovo rozlíšeným spôsobom. Povrch tela zvieraťa sa skenuje NIR laserom. Kamera zaznamenáva žiarenie emitované fluorescenčným biomarkerom a kombinuje obrázky do 3D filmu. Týmto spôsobom je možné sledovať cestu biomarkerov. Súčasne sa môže zaznamenať aj objem značeného tkaniva, takže je možné odhadnúť, či je to pravdepodobne nádorové tkanivo. Fluorescenčná tomografia sa dnes používa v predklinických štúdiách mnohými spôsobmi. Intenzívne sa pracuje aj na možných použitiach v diagnostike ľudí.

Výskum tu zohráva významnú úlohu pri jeho použití v diagnostike rakoviny, najmä pri rakovine prsníka. Predpokladá sa, že fluorescenčná mamografia má potenciál pre lacnú a rýchlu skríningovú metódu na rakovinu prsníka. Už v roku 2000 predstavila spoločnosť Schering AG ako kontrastnú látku modifikovanú indokyanínovú zeleň. Zatiaľ však nebol schválený. Diskutuje sa aj o aplikácii na kontrolu toku lymfy. Ďalšou potenciálnou oblasťou použitia by bolo použitie metódy na hodnotenie rizika u pacientov s rakovinou. Fluorescenčná tomografia má tiež veľký potenciál na včasné odhalenie reumatoidnej artritídy.

Riziká, vedľajšie účinky a nebezpečenstvá

Fluorescenčná tomografia má oproti niektorým iným zobrazovacím technikám niekoľko výhod. Je to vysoko citlivý postup, pri ktorom sú pre zobrazovanie dostatočné aj najmenšie množstvá fluoroforu. Ich citlivosť sa dá porovnať s postupmi nukleárnej medicíny PET (pozitrónová emisná tomografia) a SPECT (počítačová tomografia s jednou fotónovou emisiou).

Z tohto hľadiska je dokonca lepšia ako MRI (magnetická rezonancia). Fluorescenčná tomografia je navyše veľmi lacná metóda. Vzťahuje sa to na investície a prevádzku zariadení, ako aj na vykonávanie vyšetrovania. Okrem toho nedochádza k ožiareniu. Nevýhodou je však to, že vysoké straty rozptylom drasticky znižujú priestorové rozlíšenie so zvyšujúcou sa hĺbkou tela. Preto je možné skúmať iba malé povrchy tkanív. Vnútroštátne orgány nemôžu byť v súčasnosti v súčasnosti dobre zastúpené. Existujú však pokusy obmedziť rozptylové účinky vyvíjaním časovo selektívnych metód.

Silne rozptýlené fotóny sú oddelené od iba mierne rozptýlených fotónov. Tento proces ešte nie je úplne rozvinutý. Existuje tiež potreba ďalšieho výskumu vo vývoji vhodného fluorescenčného biomarkera. Predchádzajúce fluorescenčné biomarkery nie sú pre ľudí schválené. V súčasnosti používané farbivá sa rozkladajú pôsobením svetla, čo znamená značnú nevýhodu pre ich použitie. Možnými alternatívami sú tzv. Kvantové bodky vyrobené z polovodičových materiálov, ktoré však z dôvodu obsahu toxických látok, ako sú kadmium alebo arzén, nie sú vhodné na použitie pri diagnostike in vivo u ľudí.