Fluorescens tomografi

De Fluorescens tomografi är en avbildningsteknik som huvudsakligen används i diagnostik in vivo. Det är baserat på användning av fluorescerande färgämnen som fungerar som biomarkörer. Idag används förfarandet mest i forskning eller i prenatal studier.

Vad är fluorescens tomografi?

Fluorescens tomografi registrerar och kvantifierar den tredimensionella fördelningen av fluorescerande biomarkörer i biologiska vävnader. De så kallade fluoroforerna, dvs de fluorescerande substanserna, absorberar initialt elektromagnetisk strålning i det nära infraröda området. Sedan avger de strålning igen i något lägre energitillstånd. Detta beteende hos biomolekylerna kallas fluorescens.

Absorptionen och emissionen sker inom våglängdsområdet mellan 700 - 900 nm av det elektromagnetiska spektrumet. Polymetiner används mest som fluoroforer. Dessa är färgämnen som har konjugerande elektronpar i molekylen och därför kan absorbera fotoner för att väcka elektronerna. Denna energi frigörs igen med ljusemission och värmeproduktion.

Medan det fluorescerande färgämnet glödar, kan dess distribution i kroppen visualiseras. Liksom kontrastmedel används fluoroforer i andra bildbehandlingsprocedurer. De kan administreras intravenöst eller oralt, beroende på applikationsområdet. Fluorescens tomografi är också lämplig för användning vid molekylär avbildning.

Funktion, effekt och mål

Fluorescens tomografi används vanligtvis inom det nära-infraröda området eftersom det korta vågiga infraröda ljuset lätt kan passera genom kroppsvävnaden. Endast vatten och hemoglobin kan absorbera strålning inom detta våglängdsområde. I en typisk vävnad ansvarar hemoglobin för cirka 34 till 64 procent av absorptionen. Det är därför den avgörande faktorn för detta förfarande.

Det finns ett spektralfönster i området 700 till 900 nanometer. Strålningen från de fluorescerande färgämnena är också inom detta våglängdsområde. Därför kan det korta vågiga infraröda ljuset penetrera biologisk vävnad väl. Återstående absorption och spridning av strålningen är begränsande faktorer för proceduren, så att dess tillämpning förblir begränsad till små vävnadsvolymer. Fluorescerande färgämnen från gruppen polymetiner används huvudsakligen som fluoroforer idag. Eftersom dessa färgämnen långsamt förstörs vid exponering är deras användning avsevärt begränsad. Kvantprickar tillverkade av halvledarmaterial är ett alternativ.

Dessa är nanobodies, men de kan innehålla selen, arsenik och kadmium, så att deras användning i människor måste i princip uteslutas. Proteiner, oligonukleotider eller peptider fungerar som ligander för konjugering med de fluorescerande färgämnena. I undantagsfall används också icke-konjugerade fluorescerande färgämnen. Det fluorescerande färgämnet "indocyaningrönt" har använts som kontrastmedium i angiografi hos människor sedan 1959. Konjugerade fluorescensbiomarkörer är för närvarande inte godkända för människor. För applikationsundersökningar för fluorescens-tomografi utförs endast djurförsök idag.

Fluorescensbiomarkören appliceras intravenöst och färgfördelningen och dess ackumulering i vävnaden som ska undersökas undersöks sedan på ett tidsupplöst sätt. Djurets kroppsyta skannas med en NIR-laser. En kamera registrerar strålningen från fluorescensbiomarkören och kombinerar bilderna till en 3D-film. På detta sätt kan biomarkörernas väg följas. Samtidigt kan volymen på den markerade vävnaden också registreras så att det är möjligt att uppskatta om det eventuellt är tumörvävnad. Idag används fluorescens-tomografi på många sätt i prekliniska studier. Intensivt arbete bedrivs också för möjlig användning i mänsklig diagnostik.

Forskning spelar en framträdande roll här för dess tillämpning i cancerdiagnostik, särskilt för bröstcancer. Det antas att fluorescensmammografi har potentialen till en billig och snabb screeningsmetod för bröstcancer. Redan 2000 presenterade Schering AG en modifierad indocyaningrön som kontrastmedium för denna process. Det har emellertid ännu inte godkänts. En applikation för att kontrollera lymfflödet diskuteras också. Ett annat potentiellt tillämpningsområde skulle vara användningen av metoden för riskbedömning hos cancerpatienter. Fluorescens tomografi har också stor potential för tidig upptäckt av reumatoid artrit.

Risker, biverkningar och faror

Fluorescens tomografi har flera fördelar jämfört med vissa andra bildtekniker. Det är en mycket känslig procedur där även de minsta mängderna fluorofor är tillräckliga för avbildning. Deras känslighet kan jämföras med de nukleära medicinska förfarandena PET (positron emission tomography) och SPECT (single photon emission computography tomography).

I detta avseende är det till och med överlägset MRI (magnetisk resonansavbildning). Dessutom är fluorescens tomografi en mycket billig metod. Detta gäller utrustningens investering och drift samt genomförandet av utredningen. Dessutom finns ingen strålningsexponering. Nackdelen är emellertid att de stora spridningsförlusterna drastiskt minskar den rumsliga upplösningen med ökande kroppsdjup. Därför kan endast små vävnadsytor undersökas. Hos människor kan de inre organen inte representeras just nu. Det finns dock försök att begränsa spridningseffekterna genom att utveckla tidsselektiva metoder.

De kraftigt spridda fotonerna är separerade från de bara något spridda fotonerna. Denna process är ännu inte fullt utvecklad. Det finns också ett behov av ytterligare forskning i utvecklingen av en lämplig fluorescensbiomarkör. De tidigare fluorescensbiomarkörerna är inte godkända för människor. Färgämnena som för närvarande används bryts ned genom ljusets verkan, vilket innebär en betydande nackdel för deras användning. Möjliga alternativ är så kallade kvantprickar tillverkade av halvledarmaterial, men på grund av deras innehåll av giftiga ämnen som kadmium eller arsenik är de inte lämpliga för användning i in vivo-diagnostik hos människor.