Fluorescenční tomografie

Fluorescenční tomografie je zobrazovací technika, která se používá hlavně v diagnostice in vivo. Je založen na použití fluorescenčních barviv, které slouží jako biomarkery. Dnes se tento postup nejčastěji používá ve výzkumu nebo v prenatálních studiích.

Co je to fluorescenční tomografie?

Fluorescenční tomografie zaznamenává a kvantifikuje trojrozměrné rozložení fluorescenčních biomarkerů v biologických tkáních. Takzvané fluorofory, tj. Fluorescenční látky, zpočátku absorbují elektromagnetické záření v blízkém infračerveném rozsahu. Poté emitují záření znovu v mírně nižším energetickém stavu. Toto chování biomolekul se nazývá fluorescence.

K absorpci a emisi dochází v rozmezí vlnových délek mezi 700 - 900 nm elektromagnetického spektra. Polymethiny se většinou používají jako fluorofory. Jedná se o barviva, která mají v molekule konjugační páry elektronů, a jsou proto schopna absorbovat fotony k excitaci elektronů. Tato energie je opět uvolňována emisemi světla a vytvářením tepla.

Zatímco fluorescenční barvivo svítí, může být jeho distribuce v těle vizualizována. Podobně jako kontrastní látky se fluorofory používají v jiných zobrazovacích postupech. Mohou být podávány intravenózně nebo orálně, v závislosti na oblasti aplikace. Fluorescenční tomografie je také vhodná pro použití při molekulárním zobrazování.

Funkce, účinek a cíle

Fluorescenční tomografie se obvykle používá v blízké infračervené oblasti, protože infračervené světlo s krátkými vlnami může snadno procházet tělesnou tkání. Pouze voda a hemoglobin jsou schopné absorbovat záření v tomto rozsahu vlnových délek. V typické tkáni je hemoglobin zodpovědný za přibližně 34 až 64 procent absorpce. Je proto určujícím faktorem pro tento postup.

K dispozici je spektrální okno v rozsahu od 700 do 900 nanometrů. Záření z fluorescenčních barviv je také v tomto rozsahu vlnových délek. Infračervené světlo s krátkými vlnami proto může dobře pronikat do biologické tkáně. Zbytková absorpce a rozptyl záření jsou omezujícími faktory postupu, takže jeho aplikace zůstává omezena na malé objemy tkáně. Fluorescenční barviva ze skupiny polymethinu se dnes používají hlavně jako fluorofory. Protože se však tato barviva při expozici pomalu ničí, jejich použití je značně omezené. Alternativou jsou kvantové tečky vyrobené z polovodičových materiálů.

Jsou to nanobody, ale mohou obsahovat selen, arsen a kadmium, takže jejich použití u lidí musí být v zásadě vyloučeno. Proteiny, oligonukleotidy nebo peptidy fungují jako ligandy pro konjugaci s fluorescenčními barvivy. Ve výjimečných případech se také používají nekonjugovaná fluorescenční barviva. Fluorescenční barvivo "indokyaninová zelená" se používá jako kontrastní médium v ​​angiografii u lidí od roku 1959. Konjugované fluorescenční biomarkery nejsou v současné době pro člověka schváleny. Pro výzkum aplikací pro fluorescenční tomografii se dnes provádějí pouze experimenty na zvířatech.

Fluorescenční biomarker se aplikuje intravenózně a distribuce barviva a jeho akumulace v tkáni, která se má zkoumat, se pak zkoumá časově rozlišeným způsobem. Povrch těla zvířete je skenován NIR laserem. Kamera zaznamenává záření emitované fluorescenčním biomarkerem a kombinuje snímky do 3D filmu. Tímto způsobem lze sledovat cestu biomarkerů. Současně lze také zaznamenat objem označené tkáně, takže je možné odhadnout, zda se jedná o nádorovou tkáň. Fluorescenční tomografie se dnes používá v předklinických studiích mnoha způsoby. Intenzivně se také pracuje na možných použitích v diagnostice člověka.

Výzkum zde hraje významnou roli pro jeho použití v diagnostice rakoviny, zejména u rakoviny prsu. Předpokládá se, že fluorescenční mamografie má potenciál pro levnou a rychlou screeningovou metodu pro rakovinu prsu. Již v roce 2000 představila společnost Schering AG jako kontrastní médium pro tento proces modifikovanou indocyaninovou zeleň. Dosud však nebyl schválen. Diskutována je také aplikace pro kontrolu toku lymfy. Další potenciální oblastí použití by bylo použití metody pro hodnocení rizik u pacientů s rakovinou. Fluorescenční tomografie má také velký potenciál pro včasnou detekci revmatoidní artritidy.

Rizika, vedlejší účinky a nebezpečí

Fluorescenční tomografie má oproti některým jiným zobrazovacím technikám několik výhod. Jedná se o vysoce citlivý postup, při kterém i nejmenší množství fluoroforu jsou dostatečná pro zobrazování. Jejich citlivost lze porovnat s postupy nukleární medicíny PET (pozitronová emisní tomografie) a SPECT (počítačová tomografie s jedinou fotonovou emisí).

V tomto ohledu je dokonce lepší než MRI (magnetická rezonance). Fluorescenční tomografie je navíc velmi levnou metodou. To se týká investic do zařízení a provozu, jakož i provádění vyšetřování. Kromě toho nedochází k žádné radiační expozici. Nevýhodou je však to, že vysoké ztráty rozptylu drasticky snižují prostorové rozlišení se zvyšující se hloubkou těla. Proto lze zkoumat pouze malé tkáňové povrchy. U lidí nemohou být vnitřní orgány v tuto chvíli dobře zastoupeny. Existují však pokusy omezit účinky rozptylu vývojem časově selektivních metod.

Silně rozptýlené fotony jsou odděleny od pouze lehce rozptýlených fotonů. Tento proces ještě není plně rozvinut. Existuje rovněž potřeba dalšího výzkumu ve vývoji vhodného fluorescenčního biomarkeru. Předchozí fluorescenční biomarkery nejsou pro člověka schváleny. Barviva, která se v současnosti používají, se rozkládají působením světla, což pro jejich použití znamená značnou nevýhodu. Možnými alternativami jsou tzv. Kvantové tečky vyrobené z polovodičových materiálů, které však vzhledem k jejich obsahu toxických látek, jako je kadmium nebo arsen, nejsou vhodné pro použití v diagnostice in vivo u lidí.