Флуоресцентная томография

Флуоресцентная томография это метод визуализации, который в основном используется в диагностике in vivo. Он основан на использовании флуоресцентных красителей, которые служат биомаркерами. Сегодня эта процедура в основном используется в исследованиях или дородовых исследованиях.

Что такое флуоресцентная томография?

Флуоресцентная томография регистрирует и количественно определяет трехмерное распределение флуоресцентных биомаркеров в биологических тканях. Так называемые флуорофоры, то есть флуоресцентные вещества, первоначально поглощают электромагнитное излучение в ближнем инфракрасном диапазоне. Затем они снова испускают излучение в немного более низком энергетическом состоянии. Такое поведение биомолекул называется флуоресценцией.

Поглощение и излучение происходят в диапазоне длин волн от 700 до 900 нм электромагнитного спектра. Полиметины в основном используются в качестве флуорофоров. Это красители, которые имеют в молекуле сопрягающие электронные пары и поэтому способны поглощать фотоны, чтобы возбуждать электроны. Эта энергия снова высвобождается с излучением света и выделением тепла.

Пока флуоресцентный краситель светится, можно визуализировать его распределение в теле. Как и контрастные вещества, флуорофоры используются в других процедурах визуализации. Их можно вводить внутривенно или перорально, в зависимости от области применения. Флуоресцентная томография также подходит для использования в молекулярной визуализации.

Функция, эффект и цели

Флуоресцентная томография обычно используется в ближнем инфракрасном диапазоне, поскольку коротковолновый инфракрасный свет может легко проходить через ткани тела. Только вода и гемоглобин способны поглощать излучение в этом диапазоне длин волн. В типичной ткани гемоглобин отвечает за примерно от 34 до 64 процентов абсорбции. Следовательно, это определяющий фактор для данной процедуры.

Имеется спектральное окно в диапазоне от 700 до 900 нм. Излучение флуоресцентных красителей также находится в этом диапазоне длин волн. Таким образом, коротковолновый инфракрасный свет может хорошо проникать в биологические ткани. Остаточное поглощение и рассеяние излучения являются ограничивающими факторами процедуры, поэтому ее применение остается ограниченным для небольших объемов тканей. Флуоресцентные красители из группы полиметинов сегодня в основном используются в качестве флуорофоров. Однако, поскольку эти красители медленно разрушаются при воздействии, их использование значительно ограничено. Альтернативой являются квантовые точки из полупроводниковых материалов.

Это нанотела, но они могут содержать селен, мышьяк и кадмий, поэтому их использование в организме человека должно быть исключено в принципе. Белки, олигонуклеотиды или пептиды действуют как лиганды для конъюгации с флуоресцентными красителями. В исключительных случаях также используются неконъюгированные флуоресцентные красители. Флуоресцентный краситель «индоцианиновый зеленый» используется в качестве контрастного вещества в ангиографии у людей с 1959 года. Биомаркеры конъюгированной флуоресценции в настоящее время не одобрены для людей. Для прикладных исследований флуоресцентной томографии в настоящее время проводятся только эксперименты на животных.

Биомаркер флуоресценции вводится внутривенно, а затем с определенным временным разрешением исследуется распределение красителя и его накопление в исследуемой ткани. Поверхность тела животного сканируется с помощью NIR-лазера. Камера записывает излучение, испускаемое флуоресцентным биомаркером, и объединяет изображения в трехмерную пленку. Таким образом можно проследить путь биомаркеров. В то же время можно записать объем отмеченной ткани, чтобы можно было оценить, возможно ли это опухолевая ткань. Сегодня флуоресцентная томография широко используется в доклинических исследованиях. Также ведется интенсивная работа по возможному использованию в диагностике человека.

Важную роль здесь играют исследования, поскольку они используются в диагностике рака, особенно рака груди. Предполагается, что флуоресцентная маммография может стать недорогим и быстрым методом скрининга на рак груди. Еще в 2000 году компания Schering AG представила модифицированный индоцианиновый зеленый в качестве контрастного вещества для этого процесса. Однако он еще не утвержден. Также обсуждается приложение для контроля лимфотока. Еще одна потенциальная область применения - использование метода оценки риска у онкологических больных. Флуоресцентная томография также имеет большой потенциал для раннего выявления ревматоидного артрита.

Риски, побочные эффекты и опасности

Флуоресцентная томография имеет ряд преимуществ перед некоторыми другими методами визуализации. Это высокочувствительная процедура, при которой для визуализации достаточно даже минимального количества флуорофора. Их чувствительность можно сравнить с процедурами ядерной медицины ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография) и ОФЭКТ (однофотонная эмиссионная компьютерная томография).

В этом отношении он даже превосходит МРТ (магнитно-резонансная томография). Кроме того, флуоресцентная томография - очень недорогой метод. Это касается инвестиций в оборудование и его эксплуатации, а также проведения расследования. Кроме того, отсутствует радиационное воздействие. Однако недостатком является то, что высокие потери на рассеяние резко снижают пространственное разрешение с увеличением глубины тела. Следовательно, можно исследовать только небольшие поверхности тканей. У людей внутренние органы пока не могут быть хорошо представлены. Однако есть попытки ограничить эффекты рассеяния за счет разработки селективных по времени методов.

Сильно рассеянные фотоны отделены от лишь слегка рассеянных фотонов. Этот процесс еще не полностью разработан. Также существует необходимость в дальнейших исследованиях для разработки подходящего флуоресцентного биомаркера. Предыдущие флуоресцентные биомаркеры не одобрены для людей. Используемые в настоящее время красители разрушаются под действием света, что создает значительные неудобства для их использования. Возможными альтернативами являются так называемые квантовые точки из полупроводниковых материалов, однако из-за содержания в них токсичных веществ, таких как кадмий или мышьяк, они не подходят для использования в диагностике in vivo у людей.