Fluorescences tomogrāfija

Fluorescences tomogrāfija ir attēlveidošanas paņēmiens, ko galvenokārt izmanto in vivo diagnostikā. Tas ir balstīts uz fluorescējošu krāsvielu izmantošanu, kas kalpo kā biomarķieri. Mūsdienās šo procedūru galvenokārt izmanto pētījumos vai pirmsdzemdību pētījumos.

Kas ir fluorescences tomogrāfija?

Fluorescences tomogrāfija reģistrē un kvantitatīvi nosaka fluorescējošo biomarķieru trīsdimensiju sadalījumu bioloģiskajos audos. Tā sauktie fluorofori, t.i., fluorescējošās vielas, sākotnēji absorbē elektromagnētisko starojumu tuvu infrasarkanajā diapazonā. Tad viņi atkal izstaro starojumu nedaudz zemākas enerģijas stāvoklī. Šo biomolekulu izturēšanos sauc par fluorescenci.

Absorbcija un izstarošana notiek elektromagnētiskā spektra viļņu garumā no 700 līdz 900 nm. Polimetiīni galvenokārt tiek izmantoti kā fluorofori. Šīs ir krāsvielas, kurām molekulā ir konjugējoši elektronu pāri, un tāpēc tās spēj absorbēt fotonus, lai satrauktu elektronus. Šī enerģija atkal tiek atbrīvota ar gaismas izstarošanu un siltuma veidošanos.

Kamēr fluorescējošā krāsa kvēlo, var tikt vizualizēta tās izplatība ķermenī. Tāpat kā kontrastvielas, arī fluoroforus izmanto citās attēlveidošanas procedūrās. Tos var ievadīt intravenozi vai iekšķīgi, atkarībā no lietošanas veida. Fluorescences tomogrāfija ir piemērota arī izmantošanai molekulārajā attēlveidošanā.

Funkcija, efekts un mērķi

Fluorescences tomogrāfiju parasti izmanto tuvu infrasarkano staru diapazonā, jo īsviļņu infrasarkanā gaisma var viegli iziet cauri ķermeņa audiem. Tikai ūdens un hemoglobīns spēj absorbēt starojumu šajā viļņu garuma diapazonā. Tipiskos audos hemoglobīns ir atbildīgs par aptuveni 34 līdz 64 procentiem absorbcijas. Tāpēc tas ir noteicošais faktors šai procedūrai.

Ir spektra logs diapazonā no 700 līdz 900 nanometriem. Arī fluorescējošo krāsu starojums atrodas šajā viļņa garuma diapazonā. Tāpēc īsviļņu infrasarkanais gaisma var labi iekļūt bioloģiskajos audos. Apstarojuma atlikušā absorbcija un izkliede ir procedūras ierobežojošie faktori, tāpēc tā piemērošana paliek ierobežota ar nelielu audu daudzumu. Mūsdienās galvenokārt izmanto fluorescējošas krāsvielas no polimetiīnu grupas. Tomēr, tā kā šīs krāsvielas lēnām tiek iznīcinātas, to lietošana ir ievērojami ierobežota. Alternatīva ir kvantu punkti, kas izgatavoti no pusvadītāju materiāliem.

Tās ir nanodaļas, taču tās var saturēt selēnu, arsēnu un kadmiju, tāpēc principā to izmantošana cilvēkiem ir jāizslēdz. Olbaltumvielas, oligonukleotīdi vai peptīdi darbojas kā ligandi konjugācijai ar fluorescējošām krāsvielām. Izņēmuma gadījumos tiek izmantotas arī nekonjugētas fluorescējošas krāsvielas. Fluorescējoša krāsa "indocianīna zaļa" ir izmantota kā kontrastviela angiogrāfijā cilvēkiem kopš 1959. gada. Konjugētie fluorescences biomarkeri cilvēkiem pašlaik nav apstiprināti. Fluorescences tomogrāfijas pielietojuma pētījumiem šodien tiek veikti tikai eksperimenti ar dzīvniekiem.

Fluorescences biomarķieris tiek ievietots intravenozi, un pēc tam tiek pārbaudīts krāsu sadalījums un tā uzkrāšanās pārbaudāmajos audos, ņemot vērā laiku. Dzīvnieka ķermeņa virsmu noskenē ar NIR lāzeru. Kamera reģistrē fluorescences biomarķiera izstaroto starojumu un apvieno attēlus 3D filmā. Tādā veidā var sekot biomarķieru ceļam. Tajā pašā laikā var reģistrēt arī marķēto audu tilpumu, lai varētu novērtēt, vai tie, iespējams, ir audzēja audi. Mūsdienās preklīniskajos pētījumos fluorescences tomogrāfiju izmanto daudzos veidos. Intensīvs darbs tiek veikts arī pie iespējamiem izmantošanas veidiem cilvēku diagnostikā.

Pētījumiem šeit ir liela nozīme, lai tos piemērotu vēža diagnostikā, īpaši krūts vēža gadījumā. Tiek pieņemts, ka fluorescences mamogrāfijai ir lēta un ātra krūts vēža skrīninga metode. Jau 2000. gadā Schering AG iepazīstināja ar modificētu indocianīna zaļo kā kontrastvielu šim procesam. Tomēr tas vēl nav apstiprināts. Tiek apspriesta arī lietojumprogramma limfas plūsmas kontrolei. Vēl viena iespējamā piemērošanas joma būtu riska novērtēšanas metodes izmantošana vēža slimniekiem. Fluorescences tomogrāfijai ir arī liels potenciāls reimatoīdā artrīta agrīnai atklāšanai.

Riski, blakusparādības un briesmas

Fluorescences tomogrāfijai ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar dažām citām attēlveidošanas metodēm. Tā ir ļoti jutīga procedūra, kurā attēlveidošanai pietiek pat ar vismazāko fluorofora daudzumu. Viņu jutīgumu var salīdzināt ar kodolmedicīnas procedūrām PET (pozitronu emisijas tomogrāfija) un SPECT (vienas fotonu emisijas datortomogrāfija).

Šajā ziņā tas ir pat pārāks par MRI (magnētiskās rezonanses attēlveidošana). Turklāt fluorescences tomogrāfija ir ļoti lēta metode. Tas attiecas uz ieguldījumiem iekārtās un darbību, kā arī uz izmeklēšanas īstenošanu. Turklāt nav radiācijas iedarbības. Tomēr trūkums ir tāds, ka lielie izkliedes zudumi krasi samazina telpisko izšķirtspēju, palielinoties ķermeņa dziļumam. Tāpēc var pārbaudīt tikai mazu audu virsmas. Cilvēkiem iekšējos orgānus šobrīd nevar pārstāvēt labi. Tomēr ir mēģinājumi ierobežot izkliedes efektus, izstrādājot laika izvēles metodes.

Spēcīgi izkliedētie fotoni ir atdalīti no vienīgajiem nedaudz izkliedētajiem fotoniem. Šis process vēl nav pilnībā izveidots. Nepieciešami arī turpmāki pētījumi, lai izstrādātu piemērotu fluorescences biomarķieri. Iepriekšējie fluorescences biomarkeri nav apstiprināti cilvēkiem. Pašlaik izmantotās krāsvielas tiek sadalītas gaismas ietekmē, kas nozīmē ievērojamu neizdevīgumu to izmantošanā. Iespējamās alternatīvas ir tā sauktie kvantu punkti, kas izgatavoti no pusvadītāju materiāliem, taču, ņemot vērā toksisko vielu, piemēram, kadmija vai arsēna, saturu, tie nav piemēroti lietošanai in vivo diagnostikā cilvēkiem.