Fluorestsents-tomograafia

Fluorestsents-tomograafia on pilditehnika, mida kasutatakse peamiselt in vivo diagnostikas. See põhineb fluorestsentsvärvide kasutamisel, mis toimivad biomarkeritena. Tänapäeval kasutatakse seda protseduuri enamasti teadusuuringutes või sünnieelsetes uuringutes.

Mis on fluorestsents-tomograafia?

Fluorestsents-tomograafia registreerib ja kvantifitseerib fluorestsentsi biomarkerite kolmemõõtmelise jaotuse bioloogilistes kudedes. Niinimetatud fluorofoorid, s.o fluorestsents-ained, neelavad algul elektromagnetilist kiirgust lähi-infrapuna vahemikus. Siis eraldavad nad jälle radiatsiooni veidi madalama energiaga olekus. Sellist biomolekulide käitumist nimetatakse fluorestsentsiks.

Neeldumine ja emissioon toimuvad lainepikkuste vahemikus elektromagnetilise spektri vahemikus 700–900 nm. Polümetiine kasutatakse enamasti fluorofooridena. Need on värvained, millel on molekulis konjugeeruvad elektronipaarid ja mis seetõttu suudavad elektronide ergastamiseks footoneid absorbeerida. See energia eraldub taas valguse emissiooni ja soojuse tekitamisega.

Kuni fluorestsentsvärv hõõgub, saab selle jaotust kehas visualiseerida. Sarnaselt kontrastainega kasutatakse fluorofoore ka teistes pildiprotseduurides. Neid võib manustada intravenoosselt või suu kaudu, olenevalt kasutuspiirkonnast. Fluorestsents-tomograafia sobib kasutamiseks ka molekulaarses kuvamises.

Funktsioon, mõju ja eesmärgid

Fluorestsents-tomograafiat kasutatakse tavaliselt lähi-infrapuna vahemikus, kuna lühilaine infrapunavalgus pääseb hõlpsalt keha koest läbi. Selles lainepikkuste vahemikus suudavad radiatsiooni absorbeerida ainult vesi ja hemoglobiin. Tüüpilises koes moodustab hemoglobiin umbes 34–64 protsenti imendumisest. Seetõttu on selle protseduuri määrav tegur.

Spektriaken on vahemikus 700 kuni 900 nanomeetrit. Ka fluorestsentsvärvide kiirgus on selles lainepikkuste vahemikus. Seetõttu võib lühilaine infrapunavalgus hästi tungida bioloogilisse koesse. Kiirguse jääkneeldumine ja hajumine on protseduuri piiravad tegurid, nii et selle rakendamine piirdub väikeste kudede mahtudega. Tänapäeval kasutatakse fluorofooridena peamiselt polümetiinide rühma kuuluvaid fluorestsentsvärve. Kuna need värvained hävivad kokkupuutel aeglaselt, on nende kasutamine märkimisväärselt piiratud. Alternatiiviks on pooljuhtmaterjalidest valmistatud kvantpunktid.

Need on nanokehad, kuid need võivad sisaldada seleeni, arseeni ja kaadmiumi, nii et nende kasutamine inimestes tuleb põhimõtteliselt välistada. Valgud, oligonukleotiidid või peptiidid toimivad fluorestsentsvärvidega konjugeerimise ligandidena. Erandjuhtudel kasutatakse ka konjugeerimata fluorestsentsvärve. Fluorestsentsvärvi "indotsüaniinroheline" on kasutatud angiograafias kontrastainena alates 1959. aastast. Konjugeeritud fluorestsentsi biomarkerid ei ole praegu inimestele heaks kiidetud. Fluorestsents-tomograafia rakendusuuringuteks tehakse täna ainult loomkatseid.

Fluorestsentsi biomarkerit rakendatakse intravenoosselt ning seejärel uuritakse värvaine jaotumist ja selle akumuleerumist uuritavas koes ajaliselt eraldatud viisil. Looma keha pinda skaneeritakse NIR-laseriga. Kaamera registreerib fluorestsentsbiomarkeri kiirgava kiirguse ja ühendab pildid 3D-filmiks. Sel viisil saab jälgida biomarkerite rada. Samal ajal saab ka märgistatud koe mahu registreerida, nii et oleks võimalik hinnata, kas see on võib-olla kasvajakoe. Tänapäeval kasutatakse prekliinilistes uuringutes fluorestsentstomograafiat mitmel viisil. Intensiivse diagnostika võimaliku kasutamise osas tehakse intensiivset tööd.

Teadusuuringutel on siin oluline roll selle rakendamisel vähidiagnostikas, eriti rinnavähi puhul. Eeldatakse, et fluorestsentsmammograafial on võimalus odava ja kiire rinnavähi sõeluuringu jaoks. Schering AG esitas juba 2000. aastal selle protsessi kontrastainena modifitseeritud indotsüaniinirohelist. Siiski pole seda veel heaks kiidetud. Samuti arutatakse rakendust lümfivoo juhtimiseks. Teine võimalik rakendusala oleks meetodi kasutamine riskihindamiseks vähihaigetel. Fluorestsents-tomograafil on ka suur potentsiaal reumatoidartriidi varajaseks avastamiseks.

Riskid, kõrvaltoimed ja ohud

Fluorestsents-tomograafil on mõne muu kuvamismeetodi ees mitmeid eeliseid. See on ülimalt tundlik protseduur, mille käigus piisab pildistamiseks ka kõige väiksematest fluorofoorikogustest. Nende tundlikkust saab võrrelda tuumameditsiini protseduuridega PET (positronemissioontomograafia) ja SPECT (ühe footoni emissiooniga kompuutertomograafia).

Selles suhtes on see isegi parem kui MRT (magnetresonantstomograafia). Lisaks on fluorestsents-tomograafia väga odav meetod. See kehtib nii seadmete investeeringute ja toimimise kui ka juurdluse läbiviimise kohta. Lisaks puudub kokkupuude kiirgusega. Puuduseks on aga see, et suured hajumiskadud vähendavad keha sügavuse suurenemisega ruumi eraldusvõimet järsult. Seetõttu saab uurida ainult väikeseid kudede pindu. Inimestel ei saa siseorganeid praegu hästi esindada. Siiski on katseid hajutavat mõju piirata aja selektiivsete meetodite väljatöötamisega.

Tugevalt hajutatud footonid eraldatakse ainsatest kergelt hajutatud footonitest. See protsess pole veel täielikult välja kujunenud. Sobiva fluorestsentsbiomarkeri väljatöötamiseks on vaja ka täiendavaid uuringuid. Varasemad fluorestsentsi biomarkerid pole inimestele heaks kiidetud. Praegu kasutatavad värvained jagunevad valguse toimel, mis tähendab nende kasutamisel märkimisväärset puudust. Võimalikeks alternatiivideks on pooljuhtmaterjalidest valmistatud kvantpunktid, kuid kuna need sisaldavad mürgiseid aineid nagu kaadmium või arseen, ei sobi need in vivo diagnostikas inimestele.