De Fluorescens tomografi er en avbildningsteknikk som hovedsakelig brukes i diagnostikk in vivo. Det er basert på bruk av fluoriserende fargestoffer som fungerer som biomarkører. I dag brukes prosedyren mest i forskning eller i prenatal studier.
Hva er fluorescens tomografi?
Fluorescens tomografi registrerer og kvantifiserer den tredimensjonale fordelingen av fluorescerende biomarkører i biologisk vev. De såkalte fluoroforene, dvs. de lysstoffstoffene, absorberer opprinnelig elektromagnetisk stråling i det nær infrarøde området. Så sender de ut stråling igjen i en litt lavere energitilstand. Denne oppførselen til biomolekylene kalles fluorescens.
Opptaket og utslippet skjer i bølgelengdeområdet mellom 700 - 900 nm av det elektromagnetiske spekteret. Polymetiner brukes mest som fluoroforer. Dette er fargestoffer som har konjugerende elektronpar i molekylet og derfor er i stand til å absorbere fotoner for å begeistre elektronene. Denne energien frigjøres igjen med lysutslipp og varmeutvikling.
Mens lysstofffargen lyser, kan fordelingen av den i kroppen visualiseres. I likhet med kontrastmedier brukes fluoroforer i andre bildeprosedyrer. De kan administreres intravenøst eller oralt, avhengig av anvendelsesområdet. Fluorescens tomografi er også egnet for bruk i molekylær avbildning.
Funksjon, effekt og mål
Fluorescens tomografi brukes vanligvis i det nærinfrarøde området fordi det kortbølget infrarøde lyset lett kan passere gjennom kroppsvevet. Bare vann og hemoglobin er i stand til å absorbere stråling i dette bølgelengdeområdet. I et typisk vev er hemoglobin ansvarlig for omtrent 34 til 64 prosent av absorpsjonen. Det er derfor den avgjørende faktoren for denne prosedyren.
Det er et spektralt vindu i området fra 700 til 900 nanometer. Strålingen fra lysstofffargene er også i dette bølgelengdeområdet. Derfor kan kortbølget infrarødt lys trenge godt inn i biologisk vev. Den resterende absorpsjonen og spredningen av strålingen er begrensende faktorer for prosedyren, slik at dens anvendelse forblir begrenset til små vevsvolumer. Fluorescerende fargestoffer fra gruppen polymetiner brukes hovedsakelig som fluoroforer i dag. Siden disse fargestoffene sakte ødelegges ved eksponering, er bruken av dem betydelig. Kvanteprikker laget av halvledermaterialer er et alternativ.
Dette er nanobodies, men de kan inneholde selen, arsen og kadmium, slik at bruken av dem i prinsippet må utelukkes. Proteiner, oligonukleotider eller peptider fungerer som ligander for konjugering med de fluorescerende fargestoffene. I unntakstilfeller brukes også ikke-konjugerte fluorescerende fargestoffer. Det fluorescerende fargestoffet "indocyaningrønt" har blitt brukt som kontrastmiddel i angiografi hos mennesker siden 1959. Konjugerte fluorescensbiomarkører er foreløpig ikke godkjent for mennesker. For applikasjonsundersøkelser for fluorescens-tomografi blir det bare utført dyreforsøk i dag.
Fluorescens-biomarkøren påføres intravenøst og fargestofffordelingen og dens akkumulering i vevet som skal undersøkes blir deretter undersøkt på en tidsoppløselig måte. Dyrets kroppsoverflate blir skannet med en NIR-laser. Et kamera registrerer strålingen som sendes ut av fluorescensbiomarkøren og kombinerer bildene til en 3D-film. På denne måten kan biomarkørenes vei følges. Samtidig kan volumet av det markerte vevet også registreres slik at det er mulig å estimere om det muligens er tumorvev. I dag brukes fluorescens-tomografi på mange måter i prekliniske studier. Det arbeides også intensivt med mulig bruk i diagnostikk av mennesker.
Forskning spiller en fremtredende rolle her for dens anvendelse i kreftdiagnostikk, spesielt for brystkreft. Det antas at fluorescens mammografi har potensial for en billig og rask screeningsmetode for brystkreft. Allerede i 2000 presenterte Schering AG en modifisert indocyaningrønn som kontrastmiddel for denne prosessen. Den er imidlertid ikke godkjent ennå. En applikasjon for å kontrollere lymfeflyt blir også diskutert. Et annet potensielt anvendelsesområde ville være bruk av metoden for risikovurdering hos kreftpasienter. Fluorescens-tomografi har også et stort potensial for tidlig oppdagelse av revmatoid artritt.
Risiko, bivirkninger og farer
Fluorescens tomografi har flere fordeler i forhold til noen andre bildeteknikker. Det er en svært følsom prosedyre der selv de minste mengder fluorofor er tilstrekkelig for avbildning. Deres følsomhet kan sammenlignes med kjernemedisinske prosedyrer PET (positron emission tomography) og SPECT (computertomografi med enkeltfotonemisjon).
I så måte er den til og med overlegen enn MR (magnetisk resonansavbildning). Videre er fluorescens-tomografi en veldig billig metode. Dette gjelder utstyrsinvestering og -drift samt gjennomføring av etterforskningen. I tillegg er det ingen eksponering for stråling. Ulempen er imidlertid at de høye spredningstapene drastisk reduserer den romlige oppløsningen med økende kroppsdyp. Derfor kan bare små vevoverflater undersøkes. Hos mennesker kan de indre organene ikke bli representert godt for øyeblikket. Imidlertid er det forsøk på å begrense spredningseffektene ved å utvikle tidsselektive metoder.
De sterkt spredte fotonene er atskilt fra de bare litt spredte fotonene. Denne prosessen er ennå ikke ferdig utviklet. Det er også behov for videre forskning innen utvikling av en egnet fluorescensbiomarkør. De tidligere fluorescensbiomarkørene er ikke godkjent for mennesker. Fargestoffene som for øyeblikket brukes brytes ned av virkningen av lys, noe som betyr en betydelig ulempe for deres bruk. Mulige alternativer er såkalte kvanteprikker laget av halvledermaterialer, men på grunn av innholdet av giftige stoffer som kadmium eller arsen, er de ikke egnet for bruk i in vivo-diagnostikk hos mennesker.
