Fluorescentna tomografija

Fluorescentna tomografija je slikovna tehnika koja se uglavnom koristi u in vivo dijagnostici. Temelji se na upotrebi fluorescentnih boja koje služe kao biomarkeri. Danas se postupak najčešće koristi u istraživanjima ili prenatalnim studijama.

Što je fluorescentna tomografija?

Fluorescentna tomografija bilježi i kvantificira trodimenzionalnu raspodjelu fluorescentnih biomarkera u biološkim tkivima. Takozvani fluorofori, tj. Fluorescentne tvari, u početku apsorbiraju elektromagnetsko zračenje u bliskom infracrvenom rasponu. Zatim ponovo zrače u nešto nižem energetskom stanju. Ovakvo ponašanje biomolekula naziva se fluorescencija.

Apsorpcija i emisija odvijaju se u rasponu valnih duljina između 700 - 900 nm elektromagnetskog spektra. Polimetini se uglavnom koriste kao fluorofori. Riječ je o bojama koje imaju konjugirajuće elektronske parove u molekuli i stoga su sposobne apsorbirati fotone da bi potaknuli elektrone. Ta se energija ponovno oslobađa svjetlošću i toplinom.

Dok fluorescentna boja svijetli, njegova se distribucija u tijelu može vizualizirati. Kao i kontrastni mediji, fluorofori se koriste i u ostalim postupcima obrade slika. Mogu se davati intravenski ili oralno, ovisno o području primjene. Fluorescentna tomografija je također prikladna za upotrebu u molekularnom snimanju.

Funkcija, učinak i ciljevi

Fluorescentna tomografija obično se koristi u bliskom infracrvenom rasponu, jer kratkovalna infracrvena svjetlost može lako proći kroz tjelesno tkivo. Samo voda i hemoglobin mogu apsorbirati zračenje u ovom rasponu valnih duljina. U tipičnom tkivu hemoglobin je odgovoran za otprilike 34 do 64 posto apsorpcije. Stoga je presudni faktor ovog postupka.

Postoji spektralni prozor u rasponu od 700 do 900 nanometara. Zračenje iz fluorescentnih boja također je u ovom rasponu valnih duljina. Stoga infracrvena svjetlost kratkog vala može dobro prodrijeti u biološko tkivo. Preostala apsorpcija i raspršenje zračenja ograničavaju čimbenike postupka, tako da njegova primjena ostaje ograničena na malene količine tkiva. Fluorescentna bojila iz skupine polimetića danas se uglavnom koriste kao fluorofori. No, kako se ove boje polako uništavaju na izloženosti, njihova je upotreba znatno ograničena. Kvantne točkice izrađene od poluvodičkih materijala su alternativa.

To su nanotijela, ali mogu sadržavati selen, arsen i kadmij, tako da se njihova primjena u ljudi mora u načelu isključiti. Proteini, oligonukleotidi ili peptidi djeluju kao ligandi za konjugaciju s fluorescentnim bojama. U izuzetnim slučajevima koriste se i nekonjugirana fluorescentna bojila. Fluorescentna boja "indocyanine green" koristi se kao kontrastni medij u angiografiji kod ljudi od 1959. Konjugirani fluorescentni biomarkeri trenutno nisu odobreni za ljude. Za aplikativna istraživanja za fluorescentnu tomografiju danas se provode samo eksperimenti na životinjama.

Fluorescentni biomarker primjenjuje se intravenski, a raspodjela boje i njegova akumulacija u tkivu koje se ispituje tada se ispituju na vremenski određen način. Površina tijela životinje skenira se NIR laserom. Kamera bilježi zračenje koje emitira fluorescentni biomarker i kombinira slike u 3D film. Na taj se način može slijediti put biomarkera. Istodobno se može zabilježiti i volumen obilježenog tkiva tako da se može procijeniti je li moguće tumorsko tkivo. Danas se fluorescentna tomografija koristi na mnogo načina u pretkliničkim studijama. Također se provodi intenzivan rad na mogućim uporabama u ljudskoj dijagnostici.

Ovdje igra važnu ulogu njegova primjena u dijagnostici raka, posebno za rak dojke. Pretpostavlja se da fluorescentna mamografija ima potencijal jeftine i brze metode probira za rak dojke. Već 2000. godine Schering AG je predstavio modificiranu indocijaninovu zelenu boju kao kontrastni medij za ovaj postupak. Međutim, još nije odobren. Također se raspravlja o primjeni za kontrolu protoka limfe. Drugo potencijalno područje primjene bila bi upotreba metode za procjenu rizika u pacijenata s karcinomom. Fluorescentna tomografija također ima veliki potencijal za rano otkrivanje reumatoidnog artritisa.

Rizici, nuspojave i opasnosti

Fluorescentna tomografija ima nekoliko prednosti u odnosu na neke druge tehnike slikovnog snimanja. To je vrlo osjetljiv postupak u kojem su čak i najmanje količine fluorofora dovoljne za snimanje. Njihova osjetljivost može se usporediti s postupcima nuklearne medicine PET (pozitronska emisijska tomografija) i SPECT (računalna tomografija s jednom fotonskom emisijom).

U tom je pogledu čak i superiorniji od MRI (snimanje magnetskom rezonancom). Nadalje, fluorescentna tomografija je vrlo jeftina metoda. To se odnosi na ulaganja i rad opreme kao i na provedbu istrage. Osim toga, nema izlaganja zračenju. Međutim, nedostatak je što veliki gubici raspršenja drastično smanjuju prostornu rezoluciju s povećanjem dubine tijela. Zbog toga se mogu ispitati samo male površine tkiva. U ljudi, unutarnji organi trenutno ne mogu biti dobro predstavljeni. Međutim, postoje pokušaji ograničavanja učinaka raspršivanja razvijanjem vremenski selektivnih metoda.

Jako raštrkani fotoni odvojeni su od jedinih malo raspršenih fotona. Taj postupak još nije u potpunosti razvijen. Također je potrebno daljnje istraživanje u razvoju prikladnog fluorescentnog biomarkera. Prethodni fluorescentni biomarkeri nisu odobreni za ljude. Trenutno korištene boje razgrađuju se djelovanjem svjetlosti, što znači znatan nedostatak za njihovu upotrebu. Moguće alternative su takozvane kvantne točkice izrađene od poluvodičkih materijala, ali zbog sadržaja toksičnih tvari poput kadmija ili arsena nisu prikladne za upotrebu u in vivo dijagnostici na ljudima.