Fluorescens tomografi er en avbildningsteknikk som hovedsakelig brukes i in vivo diagnostikk. Den er basert på bruk av lysstoffrør fargestoffer som fungerer som biomarkører. Teknikken brukes nå mest i forskning eller prenatal studier.
Hva er fluorescens tomografi?
Fluorescens tomografi oppdager og kvantifiserer det tredimensjonale distribusjon av fluorescerende biomarkører i biologiske vev. Figur viser injeksjon av biomarkør. Fluorescens tomografi oppdager og kvantifiserer det tredimensjonale distribusjon av fluorescerende biomarkører i biologiske vev. De såkalte fluoroforene, dvs. de fluorescerende stoffene, absorberer først elektromagnetisk stråling i det nærmeste infrarøde området. De sender deretter ut stråling i litt lavere energitilstand. Denne oppførselen til biomolekyler kalles fluorescens. De absorpsjon og utslipp finner sted i bølgelengdeområdet mellom 700 - 900 nm av det elektromagnetiske spekteret. Polymetiner brukes vanligvis som fluoroforer. Disse er fargestoffer som har konjugerende elektronpar i molekylet og er dermed i stand til å akseptere fotoner for å eksitere elektronene. Denne energien frigjøres deretter igjen med utslipp av lys og dannelse av varme. Når det fluorescerende fargestoffet lyser, er det distribusjon i kroppen kan visualiseres. Fluoroforer, som kontrastmidler, brukes i andre bildebehandling. De kan påføres intravenøst eller oralt, avhengig av påføringsområdet. Fluorescens-tomografi er også egnet for bruk i molekylær bildebehandling.
Funksjon, effekt og mål
Anvendelsen av fluorescens-tomografi foregår vanligvis i det nær-infrarøde området, fordi kortbølget infrarødt lys lett kan krysse kroppsvevet. Kun Vann og hemoglobin er i stand til å absorbere stråling i dette bølgelengdeområdet. I et typisk vev, hemoglobin er ansvarlig for omtrent 34 til 64 prosent av absorpsjon. Derfor er det den avgjørende faktoren for denne prosedyren. Det er et spektralvindu i området 700 til 900 nanometer. Strålingen fra lysstoffrøret fargestoffer ligger også i dette bølgelengdeområdet. Derfor kan kortbølget infrarødt lys trenge godt inn i biologisk vev. Rest absorpsjon og spredning av strålingen er begrensende faktorer for metoden, så dens anvendelse er begrenset til små vevsvolum. Fluoroforer som brukes i dag er hovedsakelig fluorescerende fargestoffer fra polymethingruppen. Imidlertid, siden disse fargestoffene sakte ødelegges ved eksponering, er deres anvendelse betydelig begrenset. Som et alternativ kan kvanteprikker laget av halvledermaterialer brukes. Dette er nanobody, men de kan inneholde selen, arsen og kadmium, så deres bruk hos mennesker må i prinsippet utelukkes. Proteiner, oligonukleider eller peptider fungerer som ligander for konjugering med de fluorescerende fargestoffene. I unntakstilfeller brukes ikke-konjugerte fluorescerende fargestoffer. For eksempel har det fluorescerende fargestoffet “indocyanin green” blitt brukt hos mennesker som en kontrastmiddel in angiografi siden 1959. Konjugerte fluorescerende biomarkører er for tiden ikke godkjent hos mennesker. Derfor, for applikasjonsforskning for fluorescens tomografi, utføres bare dyreforsøk i dag. I disse eksperimentene påføres fluorescensbiomarkøren intravenøst, og deretter blir fargestofffordelingen og dens akkumulering i vevet som undersøkes undersøkt på en tidsoppløst måte. Dyrets kroppsoverflate skannes med en NIR-laser. I løpet av denne prosessen registrerer et kamera strålingen som sendes ut av den fluorescerende biomarkøren og samler bildene i en 3D-film. Dette gjør det mulig å spore biomarkørens vei. Samtidig er den volum av det merkede vevet kan også registreres, noe som gjør det mulig å estimere om det kan være tumorvev. I dag brukes fluorescens-tomografi på en rekke måter i prekliniske studier. Imidlertid blir det også jobbet intensivt med mulige anvendelser innen menneskelig diagnostikk. I denne sammenheng, forskning for dets anvendelse i kreft diagnostikk, spesielt for brystkreft, spiller en fremtredende rolle. For eksempel fluorescens mammografi antas å ha potensialet til å være en kostnadseffektiv og rask screeningmetode for brystkreft. Allerede i 2000 presenterte Schering AG en modifisert indocyanin green som en kontrastmiddel for denne prosedyren. En godkjenning er imidlertid ikke tilgjengelig ennå. En applikasjon for kontroll av lymfe flyt diskuteres også. Et annet potensielt anvendelsesområde vil være bruken av prosedyren for risikovurdering i kreft pasienter. Fluorescens-tomografi har også et stort potensial for tidlig påvisning av revmatoid gikt.
Risiko, bivirkninger og farer
Fluorescens tomografi har flere fordeler i forhold til noen andre bildebehandlingsteknikker. Det er en veldig sensitiv teknikk der selv små mengder fluorofor er tilstrekkelig for bildebehandling. Dermed er følsomheten sammenlignbar med kjernemedisin PET (positron utslipp tomografi) og SPECT (enkelt fotonutslipp datatomografi). I denne forbindelse er det enda bedre enn MR (magnetisk resonansbilder). Videre er fluorescens tomografi en veldig billig prosedyre. Dette gjelder investering i utstyr og drift av utstyret samt for gjennomføring av undersøkelsen. I tillegg er det ingen strålingseksponering. En ulempe er imidlertid at den romlige oppløsningen avtar drastisk med økende kroppsdyp på grunn av de høye spredningstapene. Derfor kan bare små vevsflater undersøkes. Hos mennesker er den Indre organer kan for øyeblikket ikke avbildes godt. Imidlertid er det forsøk på å begrense spredningseffektene ved å utvikle runtime-selektive metoder. I denne prosessen skilles de sterkt spredte fotonene fra de eneste lett spredte fotonene. Denne prosessen er ennå ikke fullt utviklet. Det er også behov for videre forskning i utviklingen av en passende fluorescensbiomarkør. De nåværende fluorescensbiomarkørene er ikke godkjent for bruk hos mennesker. De fargene som for øyeblikket brukes nedbrytes ved eksponering for lys, noe som er en betydelig ulempe for deres bruk. Mulige alternativer er såkalte kvanteprikker laget av halvledermaterialer. På grunn av innholdet av giftige stoffer, som f.eks kadmium or arsen, de er ikke egnet for bruk av in vivo-diagnostikk hos mennesker.
