Τομογραφία φθορισμού

ο Τομογραφία φθορισμού είναι μια τεχνική απεικόνισης που χρησιμοποιείται κυρίως σε διαγνωστικά in vivo. Βασίζεται στη χρήση χρωστικών φθορισμού που χρησιμεύουν ως βιοδείκτες. Σήμερα η διαδικασία χρησιμοποιείται κυρίως σε έρευνες ή σε προγεννητικές μελέτες.

Τι είναι η τομογραφία φθορισμού;

Η τομογραφία φθορισμού καταγράφει και ποσοτικοποιεί την τρισδιάστατη κατανομή των βιοδεικτών φθορισμού σε βιολογικούς ιστούς. Τα λεγόμενα φθοροφόρα, δηλαδή οι φθορίζουσες ουσίες, απορροφούν αρχικά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στο εγγύς υπέρυθρο εύρος. Στη συνέχεια εκπέμπουν ξανά ακτινοβολία σε ελαφρώς χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Αυτή η συμπεριφορά των βιομορίων ονομάζεται φθορισμός.

Η απορρόφηση και η εκπομπή πραγματοποιούνται στο εύρος μήκους κύματος μεταξύ 700 - 900 nm του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Οι πολυμεθίνες χρησιμοποιούνται κυρίως ως φθοροφόρα. Πρόκειται για βαφές που έχουν ζεύγη συζευγμένων ηλεκτρονίων στο μόριο και επομένως είναι σε θέση να απορροφήσουν φωτόνια για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια. Αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται ξανά με εκπομπή φωτός και παραγωγή θερμότητας.

Ενώ η φθορίζουσα βαφή είναι λαμπερή, η κατανομή της στο σώμα μπορεί να απεικονιστεί. Όπως τα μέσα αντίθεσης, τα φθοροφόρα χρησιμοποιούνται σε άλλες διαδικασίες απεικόνισης. Μπορούν να χορηγηθούν ενδοφλεβίως ή από του στόματος, ανάλογα με την περιοχή εφαρμογής. Η τομογραφία φθορισμού είναι επίσης κατάλληλη για χρήση στη μοριακή απεικόνιση.

Λειτουργία, αποτέλεσμα και στόχοι

Η τομογραφία φθορισμού χρησιμοποιείται συνήθως στο εύρος εγγύς υπέρυθρων επειδή το υπέρυθρο φως μικρού κύματος μπορεί εύκολα να περάσει μέσω του ιστού του σώματος. Μόνο το νερό και η αιμοσφαιρίνη μπορούν να απορροφήσουν ακτινοβολία σε αυτό το εύρος μήκους κύματος. Σε έναν τυπικό ιστό, η αιμοσφαιρίνη ευθύνεται για περίπου 34 έως 64 τοις εκατό της απορρόφησης. Επομένως, είναι ο καθοριστικός παράγοντας αυτής της διαδικασίας.

Υπάρχει ένα φασματικό παράθυρο στην περιοχή από 700 έως 900 νανόμετρα. Η ακτινοβολία από τις φθορισμού βαφές είναι επίσης σε αυτό το εύρος μήκους κύματος. Επομένως, το υπέρυθρο φως μικρού κύματος μπορεί να διεισδύσει καλά στον βιολογικό ιστό. Η εναπομένουσα απορρόφηση και σκέδαση της ακτινοβολίας είναι περιοριστικοί παράγοντες της διαδικασίας, έτσι ώστε η εφαρμογή της να παραμένει περιορισμένη σε μικρούς όγκους ιστών. Οι φθορισμού βαφές από την ομάδα πολυμεθινών χρησιμοποιούνται κυρίως ως φθοροφόρα σήμερα. Ωστόσο, δεδομένου ότι αυτές οι βαφές καταστρέφονται αργά κατά την έκθεση, η χρήση τους είναι σημαντικά περιορισμένη. Οι κβαντικές κουκίδες από υλικά ημιαγωγών είναι μια εναλλακτική λύση.

Αυτά είναι νανοσωμάτια, αλλά μπορούν να περιέχουν σελήνιο, αρσενικό και κάδμιο, έτσι ώστε η χρήση τους σε ανθρώπους πρέπει να αποκλειστεί κατ 'αρχήν. Οι πρωτεΐνες, τα ολιγονουκλεοτίδια ή τα πεπτίδια δρουν ως συνδετήρες για σύζευξη με τις φθορίζουσες βαφές. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται επίσης μη συζευγμένες φθορίζουσες βαφές. Η φθορισμού βαφή "ινδοκυανίνη πράσινο" χρησιμοποιείται ως μέσο αντίθεσης στην αγγειογραφία σε ανθρώπους από το 1959. Οι βιοδείκτες συζευγμένου φθορισμού δεν εγκρίνονται επί του παρόντος για τον άνθρωπο. Για έρευνα εφαρμογών για τομογραφία φθορισμού διεξάγονται μόνο πειράματα σε ζώα σήμερα.

Ο βιοδείκτης φθορισμού εφαρμόζεται ενδοφλεβίως και στη συνέχεια η κατανομή χρωμάτων και η συσσώρευσή του στον προς εξέταση ιστό εξετάζονται με χρονικό διαχωρισμό. Η επιφάνεια του σώματος του ζώου σαρώνεται με λέιζερ NIR. Μια κάμερα καταγράφει την ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον βιοδείκτη φθορισμού και συνδυάζει τις εικόνες σε μια ταινία 3D. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να ακολουθηθεί η διαδρομή των βιοδεικτών. Ταυτόχρονα, ο όγκος του σημειωμένου ιστού μπορεί επίσης να καταγραφεί έτσι ώστε να είναι δυνατό να εκτιμηθεί εάν είναι πιθανώς ιστός όγκου. Σήμερα η τομογραφία φθορισμού χρησιμοποιείται με πολλούς τρόπους σε προκλινικές μελέτες. Εντατική εργασία πραγματοποιείται επίσης για πιθανές χρήσεις στη διάγνωση του ανθρώπου.

Η έρευνα διαδραματίζει σημαντικό ρόλο εδώ για την εφαρμογή της στη διάγνωση καρκίνου, ειδικά για τον καρκίνο του μαστού. Υποτίθεται ότι η μαστογραφία φθορισμού έχει τη δυνατότητα για μια φθηνή και γρήγορη μέθοδο διαλογής για καρκίνο του μαστού. Ήδη από το 2000, η ​​Schering AG παρουσίασε ένα τροποποιημένο πράσινο ινδοκυανίνης ως μέσο αντίθεσης για αυτήν τη διαδικασία. Ωστόσο, δεν έχει ακόμη εγκριθεί. Συζητείται επίσης μια εφαρμογή για τον έλεγχο της ροής των λεμφών. Ένας άλλος πιθανός τομέας εφαρμογής θα ήταν η χρήση της μεθόδου για την αξιολόγηση κινδύνου σε ασθενείς με καρκίνο. Η τομογραφία φθορισμού έχει επίσης μεγάλες δυνατότητες για την έγκαιρη ανίχνευση της ρευματοειδούς αρθρίτιδας.

Κίνδυνοι, παρενέργειες & κίνδυνοι

Η τομογραφία φθορισμού έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι κάποιων άλλων τεχνικών απεικόνισης. Είναι μια εξαιρετικά ευαίσθητη διαδικασία στην οποία ακόμη και οι μικρότερες ποσότητες φθοροφόρου είναι επαρκείς για την απεικόνιση. Η ευαισθησία τους μπορεί να συγκριθεί με τις διαδικασίες πυρηνικής ιατρικής PET (τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων) και SPECT (υπολογισμένη τομογραφία εκπομπής με μονό φωτονίο).

Από αυτήν την άποψη, είναι ακόμη ανώτερο από τη μαγνητική τομογραφία (απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού). Επιπλέον, η τομογραφία φθορισμού είναι μια πολύ φθηνή μέθοδος. Αυτό ισχύει για την επένδυση και τη λειτουργία εξοπλισμού καθώς και για την εφαρμογή της έρευνας. Επιπλέον, δεν υπάρχει έκθεση σε ακτινοβολία. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι ότι οι υψηλές απώλειες σκέδασης μειώνουν δραστικά την χωρική ανάλυση με αυξανόμενο βάθος σώματος. Επομένως, μόνο μικρές επιφάνειες ιστών μπορούν να εξεταστούν. Στους ανθρώπους, τα εσωτερικά όργανα δεν μπορούν να αναπαρασταθούν καλά αυτήν τη στιγμή. Ωστόσο, υπάρχουν προσπάθειες περιορισμού των αποτελεσμάτων σκέδασης αναπτύσσοντας μεθόδους επιλεκτικής του χρόνου.

Τα πολύ διάσπαρτα φωτόνια διαχωρίζονται από τα μόνα ελαφρώς διάσπαρτα φωτόνια. Αυτή η διαδικασία δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί πλήρως. Υπάρχει επίσης ανάγκη για περαιτέρω έρευνα στην ανάπτυξη ενός κατάλληλου βιοδείκτη φθορισμού. Οι προηγούμενοι βιοδείκτες φθορισμού δεν έχουν εγκριθεί για τον άνθρωπο. Οι βαφές που χρησιμοποιούνται σήμερα αναλύονται από τη δράση του φωτός, πράγμα που σημαίνει ένα σημαντικό μειονέκτημα για τη χρήση τους. Πιθανές εναλλακτικές είναι οι λεγόμενες κβαντικές κουκίδες από υλικά ημιαγωγών. Ωστόσο, λόγω της περιεκτικότητάς τους σε τοξικές ουσίες όπως το κάδμιο ή το αρσενικό, δεν είναι κατάλληλες για χρήση σε διαγνωστικά in vivo σε ανθρώπους.