Pro neinvazivní molekulární zobrazování lze použít mnoho různých metod. Každá z nich má své silné a slabé stránky a některé jsou v zobrazování více cílů zdatnější než jiné.
Zobrazování magnetickou rezonancíEdit
MRI má tu výhodu, že má velmi vysoké prostorové rozlišení a je velmi zdatná v morfologickém zobrazování a funkčním zobrazování. MRI má však několik nevýhod. Za prvé, MRI má citlivost kolem 10-3 mol/l až 10-5 mol/l, což může být ve srovnání s jinými typy zobrazování velmi omezující. Tento problém vyplývá ze skutečnosti, že rozdíl mezi atomy ve vysokoenergetickém a nízkoenergetickém stavu je velmi malý. Například při 1,5 Tesla, což je typická intenzita pole pro klinickou MRI, je rozdíl mezi vysokoenergetickým a nízkoenergetickým stavem přibližně 9 molekul na 2 miliony. Zlepšení pro zvýšení citlivosti MR zahrnují zvýšení intenzity magnetického pole a hyperpolarizaci pomocí optického čerpání, dynamické jaderné polarizace nebo parahydrogenem indukované polarizace. Existují také různá schémata zesílení signálu založená na chemické výměně, která zvyšují citlivost.
Pro dosažení molekulárního zobrazování biomarkerů onemocnění pomocí MRI jsou zapotřebí cílené kontrastní látky pro MRI s vysokou specificitou a vysokou relaxivitou (citlivostí). Dosud bylo věnováno mnoho studií vývoji cílených kontrastních látek pro dosažení molekulárního zobrazování pomocí MRI. Běžně byly k dosažení cílení použity peptidy, protilátky nebo malé ligandy a malé proteinové domény, jako jsou afinity HER-2. Pro zvýšení citlivosti kontrastních látek jsou tyto cílené části obvykle spojeny s kontrastními látkami MRI s vysokou nosností nebo kontrastními látkami MRI s vysokou relaxivitou. Zejména nedávný vývoj mikronových částic oxidu železa (MPIO) umožnil dosáhnout nebývalé úrovně citlivosti pro detekci proteinů exprimovaných tepnami a žilami.
Optické zobrazováníUpravit
Pro optické zobrazování se používá řada přístupů. Různé metody závisí na fluorescenci, bioluminiscenci, absorpci nebo odrazivosti jako zdroji kontrastu.
Nejcennější vlastností optického zobrazování je, že u něj ani u ultrazvuku neexistují silné bezpečnostní obavy jako u ostatních lékařských zobrazovacích metod.
Nevýhodou optického zobrazování je nedostatečná hloubka průniku, zejména při práci s viditelnými vlnovými délkami. Hloubka průniku souvisí s absorpcí a rozptylem světla, což je především funkce vlnové délky excitačního zdroje. Světlo je absorbováno endogenními chromofory, které se nacházejí v živých tkáních (např. hemoglobin, melanin a lipidy). Obecně platí, že absorpce a rozptyl světla klesají s rostoucí vlnovou délkou. Pod ~700 nm (např. viditelné vlnové délky) mají tyto efekty za následek malou hloubku průniku jen několik milimetrů. Ve viditelné oblasti spektra je tedy možné pouze povrchové posouzení vlastností tkáně. Nad 900 nm může absorpce vody narušit poměr signálu k pozadí. Protože absorpční koeficient tkáně je v blízké infračervené (NIR) oblasti (700-900 nm) podstatně nižší, může světlo pronikat hlouběji, až do hloubky několika centimetrů.
Zobrazování v blízké infračervené oblastiEdit
Fluorescenční sondy a značky jsou důležitým nástrojem pro optické zobrazování. Někteří výzkumníci použili NIR zobrazování na krysím modelu akutního infarktu myokardu (AMI) s použitím peptidové sondy, která se může vázat na apoptotické a nekrotické buňky. Pro zobrazování in vivo byla použita řada fluoroforů v blízké infračervené oblasti (NIR), včetně barviv a konjugátů Kodak X-SIGHT, Pz 247, fluorů DyLight 750 a 800, fluorů Cy 5,5 a 7, barviv Alexa Fluor 680 a 750, fluorů IRDye 680 a 800CW. Kvantové tečky se svou fotostabilitou a jasnými emisemi vyvolaly velký zájem; jejich velikost však vylučuje účinné vylučování z oběhového a ledvinového systému a zároveň vykazují dlouhodobou toxicitu..
Několik studií prokázalo použití sond značených infračerveným barvivem v optickém zobrazování.
- V porovnání gama scintigrafie a NIR zobrazování byl k zobrazení αvβ3-integrin pozitivních xenografů melanomu použit cyklopentapeptid duálně značený 111
In a NIR fluoroforem. - RGD značený v blízké infračervené oblasti a zaměřený na αvβ3-integrin byl použit v mnoha studiích k zaměření na různé druhy rakoviny.
- Fluorofor NIR byl konjugován s epidermálním růstovým faktorem (EGF) pro zobrazování progrese nádoru.
- Fluorofor NIR byl porovnáván s cy5,5, což naznačuje, že barviva s delší vlnovou délkou mohou vytvářet účinnější cílové látky pro optické zobrazování.
- Pamidronát byl označen NIR fluoroforem a použit jako zobrazovací činidlo k detekci osteoblastické aktivity u živého zvířete.
- Fluoroforem NIR značený GPI, silný inhibitor PSMA (prostatický specifický membránový antigen).
- Použití lidského sérového albuminu značeného NIR fluoroforem jako sledovací látky pro mapování sentinelových lymfatických uzlin.
- 2-Deoxy-D-glukóza značená NIR fluoroforem.
Je důležité poznamenat, že přidání NIR sondy k jakémukoli vektoru může změnit biokompatibilitu a biodistribuci vektoru. Proto nelze jednoznačně předpokládat, že se konjugovaný vektor bude chovat podobně jako jeho nativní forma.
Jednofotonová emisní počítačová tomografieUpravit
Vývoj výpočetní tomografie v 70. letech 20. století umožnil mapování rozložení radioizotopů v orgánu nebo tkáni a vedl k technice, která se nyní nazývá výpočetní tomografie s jednou fotonovou emisí (SPECT).
Zobrazovací látka používaná při SPECT vyzařuje záření gama, na rozdíl od pozitronových zářičů (např. 18
F) používaných při PET. Existuje řada radiotracerů (např. 99m
Tc, 111
In, 123
I, 201
Tl), které lze použít v závislosti na konkrétní aplikaci.
Jedním z takových radiotracerů je plynný xenon (133
Xe). Ukázalo se, že je cenný pro diagnostické inhalační studie pro hodnocení plicních funkcí; pro zobrazování plic; a může být také použit pro hodnocení rCBF. Detekce tohoto plynu se provádí pomocí gama kamery, což je scintilační detektor sestávající z kolimátoru, krystalu NaI a sady fotonásobičů.
Rotačním pohybem gama kamery kolem pacienta lze pomocí filtrované zpětné projekce nebo jiných tomografických technik získat trojrozměrný obraz rozložení radiotraceru.Radioizotopy používané při SPECT mají relativně dlouhý poločas rozpadu (několik hodin až několik dní), takže se snadno vyrábějí a jsou relativně levné. To představuje hlavní výhodu SPECT jako molekulární zobrazovací techniky, protože je výrazně levnější než PET nebo fMRI. Postrádá však dobré prostorové (tj. kde přesně se částice nachází) nebo časové (tj. zda k signálu kontrastní látky došlo v té či oné milisekundě) rozlišení. Navíc vzhledem k radioaktivitě kontrastní látky existují bezpečnostní aspekty týkající se podávání radioizotopů subjektu, zejména u sériových studií.
Pozitronová emisní tomografieUpravit
Přehrát média
Pozitronová emisní tomografie (PET) je zobrazovací technika nukleární medicíny, která vytváří trojrozměrný obraz nebo obraz funkčních procesů v těle. Teorie, která stojí za PET, je poměrně jednoduchá. Nejprve je molekula označena izotopem emitujícím pozitrony. Tyto pozitrony anihilují s blízkými elektrony a vyzařují dva fotony o energii 511 keV, které jsou od sebe vzdáleny 180 stupňů v opačných směrech. Tyto fotony jsou poté detekovány skenerem, který může odhadnout hustotu pozitronových anihilací v určité oblasti. Pokud dojde k dostatečnému počtu interakcí a anihilací, lze v dané oblasti změřit hustotu původní molekuly. Mezi typické izotopy patří 11
C, 13
N, 15
O, 18
F, 64
Cu, 62
Cu, 124
I, 76
Br, 82
Rb, 89
Zr a 68
Ga, přičemž 18
F je klinicky nejvíce využíván. Jednou z hlavních nevýhod PET je, že většina sond musí být vyrobena pomocí cyklotronu. Většina těchto sond má také poločas rozpadu měřený v hodinách, což nutí cyklotron být na místě. Tyto faktory mohou PET neúměrně prodražit. Zobrazování pomocí PET má však mnoho výhod. Především je to jeho citlivost: typický PET skener dokáže detekovat koncentrace v rozmezí 10-11 mol/l až 10-12 mol/l.
.