Det Fluorescens tomografi er en billeddannelsesteknik, der hovedsageligt bruges til in vivo-diagnostik. Det er baseret på brugen af fluorescerende farvestoffer, der tjener som biomarkører. I dag anvendes proceduren mest i forskning eller i prenatal undersøgelser.
Hvad er fluorescens tomografi?
Fluorescens tomografi registrerer og kvantificerer den tredimensionelle fordeling af fluorescerende biomarkører i biologisk væv. De såkaldte fluoroforer, dvs. de fluorescerende stoffer, absorberer oprindeligt elektromagnetisk stråling i det nær infrarøde område. Derefter udsender de stråling igen i en lidt lavere energitilstand. Denne opførsel af biomolekylerne kaldes fluorescens.
Absorptionen og emissionen finder sted i bølgelængdeområdet mellem 700 - 900 nm af det elektromagnetiske spektrum. Polymethiner bruges for det meste som fluoroforer. Dette er farvestoffer, der har konjugerende elektronpar i molekylet og derfor er i stand til at absorbere fotoner for at begejstre elektronerne. Denne energi frigøres igen med lysemission og varmeproduktion.
Mens det fluorescerende farvestof glødende, kan dens distribution i kroppen visualiseres. Som kontrastmedier bruges fluoroforer i andre billeddannelsesprocedurer. De kan administreres intravenøst eller oralt, afhængigt af anvendelsesområdet. Fluorescens tomografi er også velegnet til anvendelse i molekylær billeddannelse.
Funktion, effekt & mål
Fluorescens tomografi bruges normalt i det nær-infrarøde område, fordi det kortbølgede infrarøde lys let kan passere gennem kropsvævet. Kun vand og hæmoglobin er i stand til at absorbere stråling i dette bølgelængdeområde. I et typisk væv er hæmoglobin ansvarlig for ca. 34 til 64 procent absorption. Det er derfor den afgørende faktor for denne procedure.
Der er et spektralt vindue i området fra 700 til 900 nanometer. Strålingen fra de fluorescerende farvestoffer er også inden for dette bølgelængdeområde. Derfor kan kortbølget infrarødt lys trænge godt ind i det biologiske væv. Den resterende absorption og spredning af strålingen er begrænsende faktorer ved proceduren, så dens anvendelse forbliver begrænset til små vævsmængder. Fluorescerende farvestoffer fra gruppen af polymethiner bruges hovedsageligt som fluoroforer i dag. Da disse farvestoffer langsomt ødelægges ved eksponering, er deres anvendelse betydeligt begrænset. Kvantepunkter fremstillet af halvledermaterialer er et alternativ.
Dette er nanobodies, men de kan indeholde selen, arsen og cadmium, så deres anvendelse i mennesker i princippet skal udelukkes. Proteiner, oligonukleotider eller peptider fungerer som ligander til konjugering med de fluorescerende farvestoffer. I ekstraordinære tilfælde anvendes også ikke-konjugerede fluorescerende farvestoffer. Det fluorescerende farvestof "indocyaningrønt" er blevet brugt som kontrastmiddel i angiografi hos mennesker siden 1959. Konjugerede fluorescensbiomarkører er i øjeblikket ikke godkendt til mennesker. Til applikationsundersøgelser til fluorescens tomografi udføres kun dyreforsøg i dag.
Fluorescensbiomarkøren påføres intravenøst, og farvestoffordelingen og dens akkumulering i vævet, der skal undersøges, undersøges derefter på en tidsopløselig måde. Dyrets kropsoverflade scannes med en NIR-laser. Et kamera registrerer den stråling, der udsendes af fluorescensbiomarkøren og kombinerer billederne i en 3D-film. På denne måde kan biomarkørernes vej følges. På samme tid kan volumenet af det markerede væv også registreres, så det er muligt at estimere, om det muligvis er tumorvæv. I dag anvendes fluorescensen tomografi på mange måder i prækliniske studier. Der arbejdes også intensivt med mulige anvendelser inden for human diagnostik.
Forskning spiller en fremtrædende rolle her for dens anvendelse i kræftdiagnostik, især til brystkræft. Det antages, at fluorescensmammografi har potentialet for en billig og hurtig screeningsmetode for brystkræft. Allerede i 2000 præsenterede Schering AG en modificeret indocyaningrøn som kontrastmedium til denne proces. Det er dog endnu ikke godkendt. En anvendelse til at kontrollere lymfestrømmen diskuteres også. Et andet potentielt anvendelsesområde ville være brugen af metoden til risikovurdering hos kræftpatienter. Fluorescens tomografi har også et stort potentiale for den tidlige påvisning af rheumatoid arthritis.
Risici, bivirkninger og farer
Fluorescens tomografi har adskillige fordele i forhold til nogle andre billeddannelsesteknikker. Det er en meget følsom procedure, hvor selv de mindste mængder fluorofor er tilstrækkelige til billeddannelse. Deres følsomhed kan sammenlignes med de nukleare lægemiddelprocedurer PET (positronemissionstomografi) og SPECT (computertomografi med enkelt fotonemission).
I denne henseende er det endda bedre end MR (magnetisk resonansafbildning). Endvidere er fluorescens tomografi en meget billig metode. Dette gælder udstyrsinvestering og -drift samt gennemførelsen af undersøgelsen. Derudover er der ingen eksponering for stråling. Ulempen er imidlertid, at de høje spredningstab drastisk mindsker den rumlige opløsning med stigende kropsdybde. Derfor kan kun små vævsoverflader undersøges. Hos mennesker kan de indre organer ikke repræsenteres godt i øjeblikket. Der er imidlertid forsøg på at begrænse spredningseffekten ved at udvikle tidsselektive metoder.
De stærkt spredte fotoner adskilles fra de kun lidt spredte fotoner. Denne proces er endnu ikke fuldt udviklet. Der er også et behov for yderligere forskning i udviklingen af en egnet fluorescensbiomarkør. De tidligere fluorescensbiomarkører er ikke godkendt til mennesker. De i øjeblikket anvendte farvestoffer nedbrydes ved virkning af lys, hvilket betyder en betydelig ulempe for deres anvendelse. Mulige alternativer er såkaldte kvantepunkter lavet af halvledermaterialer, men på grund af deres indhold af giftige stoffer som cadmium eller arsen er de ikke egnede til anvendelse i in vivo-diagnostik hos mennesker.
