Eiinvasiiviseen molekyylikuvantamiseen voidaan käyttää monia eri menetelmiä. Jokaisella on omat vahvuutensa ja heikkoutensa, ja jotkin ovat taitavampia useiden kohteiden kuvantamisessa kuin toiset.

MagneettikuvausEdit

Molekulaarinen magneettikuvaus hiiren aivoista, joissa esiintyy akuutti tulehdus oikeassa aivopuoliskossa. Kun tehostamaton magneettikuvaus ei paljastanut eroa oikean ja vasemman aivopuoliskon välillä, tulehtuneisiin verisuoniin kohdennetun kontrastiaineen injektion avulla voidaan paljastaa tulehdus erityisesti oikeassa aivopuoliskossa.

MRI:n etuna on erittäin korkea spatiaalinen resoluutio, ja se on erittäin taitava morfologisessa ja toiminnallisessa kuvantamisessa. Magneettikuvauksella on kuitenkin useita haittoja. Ensinnäkin magneettikuvauksen herkkyys on noin 10-3 mol/l – 10-5 mol/l, mikä muihin kuvantamistapoihin verrattuna voi olla hyvin rajoittavaa. Tämä ongelma johtuu siitä, että ero korkean ja matalan energiatilan atomien välillä on hyvin pieni. Esimerkiksi 1,5 Teslan kenttävoimakkuudella, joka on tyypillinen kliinisen magneettikuvauksen kenttävoimakkuus, ero korkean ja matalan energiatilan välillä on noin 9 molekyyliä 2 miljoonaa kohti. MR-herkkyyden lisäämiseen tähtääviä parannuksia ovat magneettikentän voimakkuuden lisääminen ja hyperpolarisaatio optisella pumppauksella, dynaamisella ydinpolarisaatiolla tai paravetyjen indusoimalla polarisaatiolla. On myös olemassa erilaisia kemialliseen vaihtoon perustuvia signaalinvahvistusjärjestelmiä, jotka lisäävät herkkyyttä.

Sairauden biomarkkereiden molekyylikuvantamisen aikaansaamiseksi magneettiresonanssikuvauksella tarvitaan kohdennettuja magneettiresonanssikuvauksen kontrastiaineita, joilla on korkea spesifisyys ja suuri relaksatiivisuus (herkkyys). Tähän mennessä on tehty monia tutkimuksia kohdennettujen MRI-kontrastiaineiden kehittämiseksi molekyylikuvantamisen aikaansaamiseksi MRI:llä. Kohdistamiseen on yleensä käytetty peptidejä, vasta-aineita tai pieniä ligandeja ja pieniä proteiinidomeeneja, kuten HER-2:n affibodyjä. Kontrastiaineiden herkkyyden lisäämiseksi nämä kohdistusyksiköt on yleensä yhdistetty suuren hyötykuorman MRI-kontrastiaineisiin tai MRI-kontrastiaineisiin, joilla on korkea relaksiviteetti. Erityisesti hiljattain kehitettyjen mikronikokoisten rautaoksidihiukkasten (MPIO) avulla on voitu saavuttaa ennennäkemätön herkkyys valtimoiden ja laskimoiden ilmentämien proteiinien havaitsemiseksi.

Optinen kuvantaminen Muokkaa

Muokatun E. coli Nissle 1917:n kuvantaminen hiiren suolistossa

Optiseen kuvantamiseen käytetään useita lähestymistapoja. Eri menetelmät riippuvat fluoresenssista, bioluminesenssista, absorptiosta tai heijastuksesta kontrastin lähteenä.

Optisen kuvantamisen arvokkain ominaisuus on, että sillä ja ultraäänellä ei ole voimakkaita turvallisuusongelmia, kuten muilla lääketieteellisillä kuvantamismenetelmillä.

Optisen kuvantamisen haittapuolena on tunkeutumissyvyyden puute, erityisesti silloin, kun työskennellään näkyvillä aallonpituuksilla. Tunkeutumissyvyys liittyy valon absorptioon ja sirontaan, joka riippuu ensisijaisesti herätelähteen aallonpituudesta. Valo absorboituu elävässä kudoksessa oleviin endogeenisiin kromoforeihin (esim. hemoglobiini, melaniini ja lipidit). Yleensä valon absorptio ja sironta vähenevät aallonpituuden kasvaessa. Alle ~700 nm:n (esim. näkyvät aallonpituudet) kohdalla nämä vaikutukset johtavat matalaan, vain muutaman millimetrin tunkeutumissyvyyteen. Näin ollen spektrin näkyvällä alueella on mahdollista arvioida kudoksen ominaisuuksia vain pintapuolisesti. Yli 900 nm:n kohdalla veden absorptio voi häiritä signaalin ja taustan välistä suhdetta. Koska kudoksen absorptiokerroin on huomattavasti pienempi lähi-infrapuna-alueella (NIR) (700-900 nm), valo voi tunkeutua syvemmälle, jopa useiden senttimetrien syvyyteen.

Lähi-infrapuna-kuvaus Muokkaa

Fluoresoivia koettimia ja leimoja käytetään tärkeänä välineenä optisessa kuvantamisessa. Jotkut tutkijat ovat soveltaneet NIR-kuvantamista akuutin sydäninfarktin (AMI) rottamallissa käyttämällä peptidikoetinta, joka voi sitoutua apoptoottisiin ja nekroottisiin soluihin. In vivo -kuvantamiseen on käytetty useita lähi-infrapunan (NIR) fluorofooreja, kuten Kodak X-SIGHT -väriaineita ja -konjugaatteja, Pz 247:ää, DyLight 750- ja 800-väriaineita, Cy 5.5- ja 7-väriaineita, Alexa Fluor 680- ja 750-väriaineita, IRDye 680- ja 800CW-väriaineita. Kvanttipisteet ovat valonkestävyytensä ja kirkkaiden päästöjensä ansiosta herättäneet paljon kiinnostusta; niiden koko estää kuitenkin niiden tehokkaan poistumisen verenkierto- ja munuaisjärjestelmästä, ja niillä on pitkäaikaista myrkyllisyyttä.

Monissa tutkimuksissa on osoitettu infrapunaväriaineella leimattujen koettimien käyttö optisessa kuvantamisessa.

1. Gammasintigrafian ja NIR-kuvantamisen vertailussa käytettiin 111
   In:llä ja NIR-fluorofoorilla kaksoismerkittyä syklopentapeptidiä αvβ3-integriinipositiivisten melanoomien ksenotransplantaattien kuvaamiseen.
2. Lähi-infrapunamerkittyä αvββ3-integriiniin kohdistuvaa RGD:tä on käytetty lukuisissa tutkimuksissa erilaisten syöpien kohdentamiseen.
3. Epidermiseen kasvutekijään (EGF) on konjugoitu NIR-fluorofori kasvaimen etenemisen kuvantamista varten.
4. NIR-fluoroforia verrattiin Cy5.5:een, mikä viittaa siihen, että pidemmän aallonpituuden väriaineet voivat tuottaa tehokkaampia kohdistusaineita optiseen kuvantamiseen.
5. Pamidronaattia on leimattu NIR-fluorofoorilla ja sitä on käytetty luun kuvantamisaineena osteoblastisen toiminnan havaitsemiseksi elävässä eläimessä.
6. NIR-fluorofoorilla leimattu GPI, joka on voimakas PSMA:n (eturauhaspesifinen kalvoantigeeni) estäjä.
7. NIR-fluorofoorilla leimatun ihmisen seerumin albumiinin käyttö seuranta-aineena vartijaimusolmukkeiden kartoituksessa.
8. NIR-fluorofoorilla leimattu 2-Deoksi-D-glukoosi.

On tärkeää huomata, että NIR-koettimen lisääminen mihin tahansa vektoriin voi muuttaa vektorin bioyhteensopivuutta ja biodistribuutiota. Siksi ei voida yksiselitteisesti olettaa, että konjugoitu vektori käyttäytyy samalla tavalla kuin natiivimuoto.

Yksittäinen fotoniemissiotietokonetomografiaEdit

SPECT-kuva (luun merkkiaine) hiiren MIP

Tietokonetomografian kehittyminen 1970-luvulla mahdollisti radioisotooppien jakauman kartoittamisen elimistössä tai kudoksessa, ja johti tekniikkaan, jota kutsutaan nykyään nimellä single photon emission computed tomography (SPECT).

SPECT:ssä käytetty kuvantamisaine lähettää gammasäteitä, toisin kuin PET:ssä käytetyt positroniemissiot (kuten 18
F). On olemassa joukko radiotraktoreita (kuten 99m
Tc, 111
In, 123
I, 201
Tl), joita voidaan käyttää erityisestä sovelluksesta riippuen.

Xenon-kaasu (133
Xe) on yksi tällainen radiotraktor. Sen on osoitettu olevan arvokas diagnostisissa inhalaatiotutkimuksissa keuhkojen toiminnan arvioimiseksi; keuhkojen kuvantamisessa; ja sitä voidaan käyttää myös rCBF:n arviointiin. Tämän kaasun havaitseminen tapahtuu gammakameralla, joka on tuikeilmaisin, joka koostuu kollimaattorista, NaI-kiteestä ja valomonistinputkista.

Pyörittämällä gammakameraa potilaan ympärillä voidaan saada kolmiulotteinen kuva radioaktiivisen merkkiaineen jakaumasta käyttämällä suodatettua takaisoprojektiota tai muita tomografiatekniikoita.SPECT:ssä käytettävien radioisotooppien puoliintumisaika on verrattain pitkä (muutamasta tunnista muutamaan vuorokauteen), minkä vuoksi niitä on helppo valmistaa, ja ne ovat myös suhteellisen edullisia. Tämä on SPECT:n suurin etu molekyylikuvantamismenetelmänä, sillä se on huomattavasti halvempi kuin PET tai fMRI. Siitä puuttuu kuitenkin hyvä spatiaalinen (eli missä hiukkanen tarkalleen ottaen on) tai temporaalinen (eli tapahtuiko kontrastiaineen signaali tässä millisekunnissa vai tuossa millisekunnissa) resoluutio. Lisäksi kontrastiaineen radioaktiivisuuden vuoksi on turvallisuusnäkökohtia, jotka liittyvät radioisotooppien antamiseen tutkittavalle, erityisesti sarjatutkimuksissa.

PositroniemissiotomografiaEdit

Toistovälineitä

Niveltulehduksen kuvantaminen niveltulehduksessa niveltulehdusoireista kärsivällä hiirellä positroniemissiotomografialla.

PET, magneettikuvaus ja päällekkäiset kuvat ihmisen aivoista.

Positroniemissiotomografia (PET, positroniemissiotomografia) on nukleaarilääketieteellinen kuvantamistekniikka, joka tuottaa kolmiulotteisen kuvan tai kuvan elimistön toiminnallisista prosesseista. PET:n taustalla oleva teoria on yksinkertainen. Ensin molekyyli merkitään positroneja säteilevällä isotoopilla. Positronit annihiloituvat läheisten elektronien kanssa, jolloin syntyy kaksi 511 keV:n fotonia, jotka suuntautuvat 180 asteen välein vastakkaisiin suuntiin. Skanneri havaitsee nämä fotonit ja voi arvioida positronien annihiloitumistiheyden tietyllä alueella. Kun vuorovaikutuksia ja annihilaatioita on tapahtunut riittävästi, alkuperäisen molekyylin tiheys voidaan mitata kyseiseltä alueelta. Tyypillisiä isotooppeja ovat 11
C, 13
N, 15
O, 18
F, 64
Cu, 62
Cu, 124
I, 76
Br, 82
Rb, 89
Zr ja 68
Ga. Kliinisesti käytetyin isotooppi on 18
F. Yksi PET:n suurimmista haitoista on se, että useimmat koettimet on tehtävä syklotronilla. Useimpien koettimien puoliintumisaika mitataan tunneissa, mikä pakottaa syklotronin olemaan paikan päällä. Nämä tekijät voivat tehdä PET:stä kohtuuttoman kalliin. PET-kuvantamisella on kuitenkin monia etuja. Ensimmäinen ja tärkein on sen herkkyys: tyypillinen PET-skanneri voi havaita 10-11 mol/l – 10-12 mol/l pitoisuuksia.