Der findes mange forskellige metoder, der kan anvendes til ikke-invasiv molekylær billeddannelse. Hver har deres forskellige styrker og svagheder, og nogle er bedre til at afbilde flere mål end andre.

Magnetisk resonansbilleddannelseRediger

Molekylær MRI af en musehjerne med akut inflammation i højre hjernehalvdel. Mens uforstærket MRI ikke afslørede nogen forskel mellem højre og venstre hjernehalvdel, giver injektion af et kontraststof, der er målrettet mod betændte kar, mulighed for at afsløre betændelse specifikt i højre hjernehalvdel.

MRI har den fordel, at den har en meget høj rumlig opløsning og er meget dygtig til morfologisk billeddannelse og funktionel billeddannelse. MRI har dog flere ulemper. For det første har MRI en følsomhed på omkring 10-3 mol/L til 10-5 mol/L, hvilket i forhold til andre typer billeddannelse kan være meget begrænsende. Dette problem skyldes, at forskellen mellem atomer i den høje energitilstand og den lave energitilstand er meget lille. Ved f.eks. 1,5 Tesla, en typisk feltstyrke for klinisk MRI, er forskellen mellem høj- og lavenergitilstande ca. 9 molekyler pr. 2 millioner. Forbedringer til at øge MR-følsomheden omfatter en forøgelse af den magnetiske feltstyrke og hyperpolarisering via optisk pumpning, dynamisk kernepolarisering eller parahydrogeninduceret polarisering. Der findes også en række signalforstærkningsordninger baseret på kemisk udveksling, som øger følsomheden.

For at opnå molekylær billeddannelse af sygdomsbiomarkører ved hjælp af MRT er det nødvendigt med målrettede MRT-kontraststoffer med høj specificitet og høj relaxivitet (følsomhed). Hidtil har mange undersøgelser været afsat til at udvikle målrettede MRI-kontrastmidler for at opnå molekylær billeddannelse ved hjælp af MRI. Almindeligvis har man anvendt peptider, antistoffer eller små ligander og små proteindomæner, f.eks. HER-2 affibodier, til at opnå målretning. For at øge kontrastmidlernes følsomhed er disse målretningsenheder normalt forbundet med MRI-kontrastmidler med høj nyttelast eller MRI-kontrastmidler med høj relaxivitet. Især den nylige udvikling af jernoxidpartikler i mikrometerstørrelse (MPIO) har gjort det muligt at opnå hidtil usete niveauer af følsomhed til påvisning af proteiner udtrykt af arterier og vener.

Optisk billeddannelseRediger

Billeddannelse af manipuleret E. coli Nissle 1917 i musetarm

Der er en række tilgange, der anvendes til optisk billeddannelse. De forskellige metoder afhænger af fluorescens, bioluminescens, absorption eller refleksion som kontrastkilde.

Optisk billeddannelses mest værdifulde egenskab er, at den og ultralyd ikke har stærke sikkerhedsproblemer som de andre medicinske billeddannelsesmodaliteter.

Den negative side af optisk billeddannelse er den manglende indtrængningsdybde, især når der arbejdes ved synlige bølgelængder. Indtrængningsdybden er relateret til absorption og spredning af lys, som primært er en funktion af bølgelængden af excitationskilden. Lyset absorberes af endogene chromophorer, der findes i levende væv (f.eks. hæmoglobin, melanin og lipider). Generelt aftager lysabsorptionen og -spredningen med stigende bølgelængde. Under ~700 nm (f.eks. synlige bølgelængder) resulterer disse virkninger i en lav indtrængningsdybde på kun få millimeter. I det synlige område af spektret er det således kun muligt at foretage en overfladisk vurdering af vævstrækninger. Over 900 nm kan vandabsorption forstyrre signal/baggrund-forholdet. Da vævets absorptionskoefficient er betydeligt lavere i det nærinfrarøde (NIR) område (700-900 nm), kan lyset trænge dybere ned til flere centimeters dybde.

Nærinfrarød billeddannelseRediger

Fluorescerende sonder og etiketter er et vigtigt redskab til optisk billeddannelse. Nogle forskere har anvendt NIR-billeddannelse i en rottemodel af akut myokardieinfarkt (AMI) ved hjælp af en peptidprobe, der kan binde sig til apoptotiske og nekrotiske celler. En række nærinfrarøde (NIR) fluorophorer er blevet anvendt til in vivo-afbildning, herunder Kodak X-SIGHT-farvestoffer og konjugater, Pz 247, DyLight 750 og 800 Fluorer, Cy 5,5 og 7 Fluorer, Alexa Fluor 680 og 750 Farvestoffer, IRDye 680 og 800CW Fluorer. Kvantepunkter har med deres fotostabilitet og lyse emissioner vakt stor interesse; deres størrelse udelukker imidlertid effektiv clearance fra kredsløbs- og nyresystemet, samtidig med at de udviser langtidstoksicitet…

Flere undersøgelser har vist brugen af infrarødt farvestofmærkede prober i optisk billeddannelse.

1. I en sammenligning af gamma-scintigrafi og NIR-billeddannelse blev et cyclopentapeptid dobbeltmærket med 111
   In og en NIR-fluorofor anvendt til at afbilde αvβ3-integrin-positive melanom xenografts.
2. Nærinfrarødt mærket RGD målrettet αvβ3-integrin er blevet anvendt i talrige undersøgelser til at målrette en række forskellige kræftformer.
3. En NIR-fluorofore er blevet konjugeret til epidermal vækstfaktor (EGF) til billeddannelse af tumorprogression.
4. En NIR-fluorofore blev sammenlignet med Cy5.5, hvilket tyder på, at farvestoffer med længere bølgelængde kan give mere effektive målrettede midler til optisk billeddannelse.
5. Pamidronat er blevet mærket med en NIR-fluorofor og anvendt som et knogleafbildningsmiddel til at påvise osteoblastisk aktivitet i et levende dyr.
6. En NIR-fluorophore-mærket GPI, en potent inhibitor af PSMA (prostataspecifikt membranantigen).
7. Anvendelse af humant serumalbumin mærket med en NIR-fluorofor som et sporingsmiddel til kortlægning af sentinel-lymfeknuder.
8. 2-Deoxy-D-glucose mærket med en NIR-fluorofore.

Det er vigtigt at bemærke, at tilføjelse af en NIR-sonde til en hvilken som helst vektor kan ændre vektorens biokompatibilitet og biodistribution. Derfor kan det ikke entydigt antages, at den konjugerede vektor vil opføre sig på samme måde som den native form.

Single photon emission computed tomographyRediger

SPECT-billede (bone tracer) af en mus MIP

Udviklingen af computertomografi i 1970’erne gjorde det muligt at kortlægge fordelingen af radioisotoper i organet eller vævet og førte til den teknik, der nu kaldes single photon emission computed tomography (SPECT).

Det billeddannelsesmiddel, der anvendes i SPECT, udsender gammastråler i modsætning til de positronemittere (som f.eks. 18
F), der anvendes i PET. Der findes en række radiotracerstoffer (f.eks. 99m
Tc, 111
In, 123
I, 201
Tl), der kan anvendes, afhængigt af den specifikke anvendelse.

Xenon (133
Xe) gas er en sådan radiotracer. Det har vist sig at være værdifuldt til diagnostiske inhalationsundersøgelser til evaluering af lungefunktionen, til billeddannelse af lungerne og kan også bruges til at vurdere rCBF. Detektion af denne gas sker via et gammakamera, som er en scintillationsdetektor bestående af en kollimator, en NaI-krystal og et sæt fotomultiplikatorrør.

Ved at dreje gammakameraet rundt om patienten kan der opnås et tredimensionelt billede af radiotracerens fordeling ved hjælp af filtreret bagprojektion eller andre tomografiske teknikker.De radioisotoper, der anvendes i SPECT, har relativt lange halveringstider (fra et par timer til et par dage), hvilket gør dem lette at fremstille og relativt billige. Dette er den største fordel ved SPECT som en molekylær billeddannelsesteknik, da den er betydeligt billigere end PET eller fMRI. Den mangler imidlertid en god rumlig (dvs. hvor partiklen befinder sig præcist) eller tidsmæssig (dvs. om kontrastmidlets signal opstod i dette eller hint millisekund) opløsning. Desuden er der på grund af kontrastmidlets radioaktivitet sikkerhedsaspekter vedrørende administrationen af radioisotoper til forsøgspersonen, især ved serielle undersøgelser.

PositronemissionstomografiRediger

Play media

Imaging joint inflammation in an arthritic mouse using positron-emissionstomography.

PET, MRT og overlejrede billeder af en menneskelig hjerne.

Positronemissionstomografi (PET) er en nuklearmedicinsk billeddannelsesteknik, der giver et tredimensionelt billede eller billede af funktionelle processer i kroppen. Teorien bag PET er enkel nok. Først mærkes et molekyle med en positronemitterende isotop. Disse positroner annihileres med nærliggende elektroner og udsender to 511 keV-fotoner, der er rettet 180 grader fra hinanden i modsatte retninger. Disse fotoner opfanges derefter af scanneren, som kan vurdere tætheden af positronannihilationer i et bestemt område. Når der er sket tilstrækkeligt mange interaktioner og annihilationer, kan man måle tætheden af det oprindelige molekyle i det pågældende område. Typiske isotoper omfatter 11
C, 13
N, 15
O, 18
F, 64
Cu, 62
Cu, 124
I, 76
Br, 82
Rb, 89
Zr og 68
Ga, idet 18
F er den mest klinisk anvendte. En af de største ulemper ved PET er, at de fleste sonder skal fremstilles med en cyklotron. De fleste af disse sonder har også en halveringstid, der måles i timer, hvilket tvinger cyklotronen til at være på stedet. Disse faktorer kan gøre PET uoverkommeligt dyrt. PET-billeddannelse har dog mange fordele. Først og fremmest er dens følsomhed: en typisk PET-scanner kan påvise koncentrationer på mellem 10-11 mol/L og 10-12 mol/L.