Fluorescentietomografie is een beeldvormende techniek die voornamelijk wordt gebruikt bij in vivo diagnostiek. Het is gebaseerd op het gebruik van fluorescentie kleurstoffen die dienen als biomarkers. De techniek wordt nu vooral gebruikt in onderzoek of prenatale studies.
Wat is fluorescentietomografie?
Fluorescentietomografie detecteert en kwantificeert het driedimensionale distributie van fluorescerende biomarkers in biologische weefsels. Figuur toont injectie van biomarker. Fluorescentietomografie detecteert en kwantificeert het driedimensionale distributie van fluorescerende biomarkers in biologische weefsels. De zogenaamde fluoroforen, ofwel de fluorescerende stoffen, absorberen eerst electromagnetische straling in het nabij-infraroodbereik. Ze zenden dan opnieuw straling uit in een iets lagere energietoestand. Dit gedrag van biomoleculen wordt fluorescentie genoemd. De absorptie en emissie vindt plaats in het golflengtebereik tussen 700 - 900 nm van het elektromagnetische spectrum. Polymethines worden meestal gebruikt als fluoroforen. Dit zijn kleurstoffen die geconjugeerde elektronenparen in het molecuul hebben en dus fotonen kunnen accepteren om de elektronen te exciteren. Deze energie komt dan weer vrij met de emissie van licht en de vorming van warmte. Terwijl de fluorescerende kleurstof gloeit, is zijn distributie in het lichaam kan worden gevisualiseerd. Fluoroforen worden, net als contrastmiddelen, gebruikt bij andere beeldvormingsprocedures. Ze kunnen intraveneus of oraal worden aangebracht, afhankelijk van het toepassingsgebied. Fluorescentietomografie is ook geschikt voor gebruik bij moleculaire beeldvorming.
Functie, effect en doelen
De toepassing van fluorescentietomografie vindt meestal plaats in het nabij-infraroodbereik, omdat het kortgolvige infraroodlicht gemakkelijk het lichaamsweefsel kan passeren. Enkel en alleen water en hemoglobine zijn in staat straling in dit golflengtebereik te absorberen. In een typisch weefsel, hemoglobine is verantwoordelijk voor ongeveer 34 tot 64 procent van de absorptie Daarom is het de bepalende factor voor deze procedure. Er is een spectraal venster in het bereik van 700 tot 900 nanometer. De straling van de tl kleurstoffen ligt ook in dit golflengtebereik. Daarom kan het korte golf infrarood licht biologisch weefsel goed doordringen. Resterend absorptie en verstrooiing van de straling zijn beperkende factoren van de methode, dus de toepassing ervan is beperkt tot kleine weefselvolumes. Fluoroforen die tegenwoordig worden gebruikt, zijn voornamelijk fluorescerende kleurstoffen uit de polymethinegroep. Aangezien deze kleurstoffen echter bij blootstelling langzaam worden vernietigd, is hun toepassing aanzienlijk beperkt. Als alternatief kunnen kwantumdots van halfgeleidermaterialen worden gebruikt. Dit zijn nanobodies, maar ze kunnen selenium, arsenicum en cadmium, dus hun gebruik bij mensen moet in principe worden uitgesloten. Eiwitten, oligonucleïden of peptiden werken als liganden voor conjugatie met de fluorescerende kleurstoffen. In uitzonderlijke gevallen worden ook niet-geconjugeerde fluorescerende kleurstoffen gebruikt. De fluorescerende kleurstof "indocyanine groen" is bijvoorbeeld bij mensen gebruikt als een contrastmiddel in angiografie sinds 1959. Geconjugeerde fluorescerende biomarkers zijn momenteel niet goedgekeurd bij mensen. Daarom worden voor toepassingsonderzoek voor fluorescentietomografie vandaag alleen dierproeven uitgevoerd. Bij deze experimenten wordt de fluorescentie-biomarker intraveneus aangebracht en vervolgens worden de kleurstofverdeling en de ophoping ervan in het te onderzoeken weefsel in de tijd onderzocht. Het lichaamsoppervlak van het dier wordt gescand met een NIR-laser. Tijdens dit proces registreert een camera de straling die wordt uitgezonden door de fluorescerende biomarker en assembleert de beelden tot een 3D-film. Hierdoor kan het pad van de biomarker worden gevolgd. Tegelijkertijd is het volume van het gelabelde weefsel kan ook worden geregistreerd, zodat kan worden ingeschat of het tumorweefsel kan zijn. Tegenwoordig wordt fluorescentietomografie op verschillende manieren gebruikt in preklinische studies. Er wordt echter ook intensief gewerkt aan mogelijke toepassingen in de menselijke diagnostiek. In deze context is onderzoek voor de toepassing ervan in kanker diagnostiek, vooral voor borstkanker, speelt een prominente rol. Bijvoorbeeld fluorescentie mammografie wordt verondersteld het potentieel te hebben om een kosteneffectieve en snelle screeningsmethode te zijn voor borstkanker Al in 2000 presenteerde Schering AG een gemodificeerd indocyaninegroen als een contrastmiddel voor deze procedure, maar een goedkeuring is nog niet beschikbaar. Een aanvraag voor de controle van weefselvocht flow wordt ook besproken. Een ander potentieel toepassingsgebied is het gebruik van de procedure voor risicobeoordeling in kanker patiënten. Fluorescentietomografie heeft ook een groot potentieel voor de vroege detectie van reumatoïde artritis.
Risico's, bijwerkingen en gevaren
Fluorescentietomografie heeft verschillende voordelen ten opzichte van sommige andere beeldvormingstechnieken. Het is een zeer gevoelige techniek waarbij zelfs minieme hoeveelheden van de fluorofoor voldoende zijn voor beeldvorming. De gevoeligheid is dus vergelijkbaar met PET voor nucleaire geneeskunde (positronemissietomografie) en SPECT (enkele fotonemissie computertomografie In dit opzicht is het zelfs superieur aan MRI (MRI Bovendien is fluorescentietomografie een zeer goedkope procedure. Dit geldt zowel voor de investering in apparatuur en de werking van de apparatuur als voor het uitvoeren van het onderzoek. Bovendien is er geen blootstelling aan straling. Een nadeel is echter dat de ruimtelijke resolutie drastisch afneemt met toenemende lichaamsdiepte als gevolg van de hoge verstrooiingsverliezen. Daarom kunnen alleen kleine weefseloppervlakken worden onderzocht. Bij mensen is de interne organen kan momenteel niet goed worden afgebeeld. Er zijn echter pogingen om de verstrooiingseffecten te beperken door runtime-selectieve methoden te ontwikkelen. Hierbij worden de sterk verstrooide fotonen gescheiden van de enige licht verstrooide fotonen. Dit proces is nog niet volledig ontwikkeld. Verder is er behoefte aan verder onderzoek naar de ontwikkeling van een geschikte fluorescentie biomarker. De huidige fluorescentie-biomarkers zijn niet goedgekeurd voor gebruik bij mensen. De momenteel gebruikte kleurstoffen worden afgebroken door blootstelling aan licht, wat een aanzienlijk nadeel is voor hun gebruik. Mogelijke alternatieven zijn zogenaamde quantum dots van halfgeleidermaterialen. Vanwege hun gehalte aan giftige stoffen, zoals cadmium or arsenicum, zijn ze niet geschikt voor het gebruik van in vivo diagnostiek bij mensen.
