Tomografie cu fluorescență este o tehnică imagistică care este utilizată mai ales în diagnosticul in vivo. Se bazează pe utilizarea coloranților fluorescenți care servesc ca biomarkeri. Astăzi procedura este folosită mai ales în cercetare sau în studii prenatale.
Ce este tomografia cu fluorescență?
Tomografia cu fluorescență înregistrează și cuantifică distribuția tridimensională a biomarkerilor fluorescenți în țesuturile biologice. Așa-numitele fluorofore, adică substanțele fluorescente, absorb inițial radiațiile electromagnetice în intervalul aproape infraroșu. Apoi emit din nou radiații într-o stare de energie ușor mai mică. Acest comportament al biomoleculelor se numește fluorescență.
Absorbția și emisia au loc în lungimea de undă cuprinsă între 700 - 900 nm din spectrul electromagnetic. Polimetinele sunt utilizate mai ales ca fluorofori. Aceștia sunt coloranți care au pereche de electroni conjugând în moleculă și, prin urmare, sunt capabili să absoarbă fotoni pentru a excita electronii. Această energie este eliberată din nou cu emisii de lumină și generare de căldură.
În timp ce colorantul fluorescent strălucește, distribuția sa în corp poate fi vizualizată. Ca și mediile de contrast, fluoroforii sunt folosiți în alte proceduri imagistice. Pot fi administrate intravenos sau oral, în funcție de zona de aplicare. Tomografia cu fluorescență este, de asemenea, potrivită pentru utilizarea în imagini moleculare.
Funcția, efectul și obiectivele
Tomografia cu fluorescență este de obicei folosită în intervalul aproape de infraroșu, deoarece lumina infraroșie cu unde scurte poate trece cu ușurință prin țesutul corpului. Doar apa și hemoglobina sunt capabile să absoarbă radiații în acest interval de lungime de undă. Într-un țesut tipic, hemoglobina este responsabilă de aproximativ 34 până la 64% din absorbție. Prin urmare, acesta este factorul determinant pentru această procedură.
Există o fereastră spectrală cuprinsă între 700 și 900 nanometri. Radiația din coloranții fluorescenti este, de asemenea, în acest interval de lungime de undă. Prin urmare, lumina infraroșie cu undă scurtă poate pătrunde bine în țesutul biologic. Absorbția reziduală și împrăștierea radiațiilor sunt factori limitanți ai procedurii, astfel încât aplicarea acesteia rămâne limitată la volumele mici de țesut. Vopsele fluorescente din grupa polimetinelor sunt utilizate astăzi ca fluorofori. Cu toate acestea, deoarece acești coloranți sunt distruși lent la expunere, utilizarea lor este considerabil limitată. Punctele cuantice realizate din materiale semiconductoare sunt o alternativă.
Acestea sunt nanobizii, dar pot conține seleniu, arsen și cadmiu, astfel încât utilizarea lor la om trebuie să fie exclusă în principiu. Proteinele, oligonucleotidele sau peptidele acționează ca liganzi pentru conjugarea cu coloranții fluorescenti. În cazuri excepționale, sunt de asemenea folosiți coloranți fluorescente neconjugate. Colorantul fluorescent "verde de indocianină" a fost utilizat ca mediu de contrast în angiografie la om din 1959. În prezent, biomarkerii de fluorescență conjugați nu sunt aprobați pentru oameni. Pentru cercetarea aplicativă pentru tomografie cu fluorescență, doar experimente pe animale sunt efectuate astăzi.
Biomarcatorul de fluorescență se aplică intravenos, iar distribuția de coloranți și acumularea acestuia în țesutul care urmează să fie examinat sunt apoi examinate într-un mod rezolvat în timp. Suprafața corpului animalului este scanată cu un laser NIR. O cameră înregistrează radiațiile emise de biomarkerul cu fluorescență și combină imaginile într-un film 3D. În acest fel, calea biomarkerilor poate fi urmată. În același timp, volumul țesutului marcat poate fi, de asemenea, înregistrat, astfel încât este posibil să se estimeze dacă este posibil țesutul tumoral. Astăzi tomografia fluorescentă este folosită în multe moduri în studiile preclinice. De asemenea, se lucrează intens la utilizarea posibilă a diagnosticului uman.
Cercetările joacă aici un rol proeminent pentru aplicarea sa în diagnosticul cancerului, în special pentru cancerul de sân. Se presupune că mamografia cu fluorescență are potențialul unei metode de screening rapid și ieftin pentru cancerul de sân. Încă din 2000, Schering AG a prezentat un indocianină verde modificat ca mediu de contrast pentru acest proces. Cu toate acestea, nu a fost încă aprobat. De asemenea, este discutată o aplicație pentru controlul fluxului limfatic. Un alt domeniu potențial de aplicare ar fi utilizarea metodei pentru evaluarea riscurilor la pacienții cu cancer. Tomografia cu fluorescență are, de asemenea, un potențial mare pentru depistarea precoce a artritei reumatoide.
Riscuri, efecte secundare și pericole
Tomografia cu fluorescență are mai multe avantaje față de alte tehnici imagistice. Este o procedură extrem de sensibilă, în care chiar și cele mai mici cantități de fluorofor sunt suficiente pentru imagistică. Sensibilitatea lor poate fi comparată cu procedurile de medicină nucleară PET (tomografie cu emisie de pozitron) și SPECT (tomografie computerizată cu emisie de fotoni).
În acest sens, este chiar superior RMN (imagistica prin rezonanță magnetică). Mai mult, tomografia cu fluorescență este o metodă foarte ieftină. Aceasta se aplică investițiilor și funcționării echipamentelor, precum și implementării anchetei. În plus, nu există expunere la radiații. Cu toate acestea, dezavantajul este că pierderile mari de împrăștiere scad drastic rezoluția spațială odată cu creșterea adâncimii corpului. Prin urmare, se pot examina doar suprafețe mici de țesut. La om, organele interne nu pot fi reprezentate bine în acest moment. Cu toate acestea, există încercări de a limita efectele de împrăștiere prin dezvoltarea de metode selective în timp.
Fotonii puternic împrăștiați sunt separați de singurii fotoni ușor împrăștiați. Acest proces nu este încă complet dezvoltat. De asemenea, este necesară o cercetare suplimentară în dezvoltarea unui biomarker cu fluorescență adecvat. Biomarkerii de fluorescență precedenți nu sunt aprobați pentru oameni. Coloranții folosiți în prezent sunt defalcați prin acțiunea luminii, ceea ce înseamnă un dezavantaj considerabil pentru utilizarea lor. Posibilele alternative sunt așa-numitele puncte cuantice realizate din materiale semiconductoare. Cu toate acestea, datorită conținutului lor de substanțe toxice, cum ar fi cadmiu sau arsen, acestea nu sunt potrivite pentru utilizarea în diagnostice in vivo la om.
