A nem invazív molekuláris képalkotás számos különböző módszere használható. Mindegyiknek megvannak a maga erősségei és gyengeségei, és egyesek alkalmasabbak több célpont képalkotására, mint mások.
Mágneses rezonancia képalkotásSzerkesztés
A MRI előnye, hogy nagyon nagy térbeli felbontással rendelkezik, és nagyon ügyes a morfológiai képalkotásban és a funkcionális képalkotásban. Az MRI-nek azonban számos hátránya is van. Először is, az MRI érzékenysége körülbelül 10-3 mol/l és 10-5 mol/l között van, ami más képalkotó eljárásokkal összehasonlítva nagyon korlátozó lehet. Ez a probléma abból a tényből ered, hogy a magas és az alacsony energiaállapotban lévő atomok közötti különbség nagyon kicsi. Például 1,5 Tesla-nál, ami a klinikai MRI-re jellemző térerősség, a magas és alacsony energiájú állapotok közötti különbség körülbelül 9 molekula 2 millióhoz. Az MR-érzékenység növelésére irányuló fejlesztések közé tartozik a mágneses térerősség növelése, valamint az optikai pumpálással, dinamikus nukleáris polarizációval vagy parahidrogén indukált polarizációval történő hiperpolarizáció. Különféle, kémiai cserén alapuló jelerősítési sémák is léteznek, amelyek növelik az érzékenységet.
A betegségek biomarkereinek MRI-vel történő molekuláris képalkotásához nagy specificitású és nagy relaxivitású (érzékenységű) célzott MRI-kontrasztanyagokra van szükség. Eddig számos tanulmány foglalkozott célzott MRI-kontrasztanyagok kifejlesztésével a molekuláris képalkotás MRI-vel történő megvalósítása érdekében. Általában peptideket, antitesteket vagy kis ligandumokat és kis fehérjetartományokat, például HER-2 affibody-kat alkalmaztak a célzás elérésére. A kontrasztanyagok érzékenységének fokozása érdekében ezeket a célzott részeket általában nagy hasznos teherbírású MRI-kontrasztanyagokhoz vagy nagy relaxivitású MRI-kontrasztanyagokhoz kötik. Különösen a közelmúltban kifejlesztett, mikroméretű vasoxid-részecskék (MPIO) lehetővé tették az artériák és vénák által kifejezett fehérjék kimutatására szolgáló, eddig soha nem látott érzékenységi szintek elérését.
Optikai képalkotásSzerkesztés
Az optikai képalkotásra számos megközelítést alkalmaznak. A különböző módszerek a kontraszt forrásaként a fluoreszcenciától, a biolumineszcenciától, az abszorpciótól vagy a reflexiótól függenek.
Az optikai képalkotás legértékesebb tulajdonsága, hogy az ultrahanggal együtt nincsenek erős biztonsági aggályai, mint a többi orvosi képalkotási módszernek.
Az optikai képalkotás hátránya a behatolási mélység hiánya, különösen, ha látható hullámhosszon dolgozunk. A behatolási mélység a fény abszorpciójával és szórásával függ össze, ami elsősorban a gerjesztő forrás hullámhosszának függvénye. A fényt az élő szövetekben található endogén kromofórák (pl. hemoglobin, melanin és lipidek) elnyelik. Általában a fényelnyelés és a szórás a hullámhossz növekedésével csökken. ~700 nm alatt (pl. látható hullámhossz) ezek a hatások csak néhány milliméteres, sekély behatolási mélységet eredményeznek. Így a spektrum látható tartományában a szöveti jellemzők csak felszínes értékelése lehetséges. 900 nm felett a víz abszorpciója zavarhatja a jel-háttér arányt. Mivel a szövetek abszorpciós együtthatója a közeli infravörös (NIR) tartományban (700-900 nm) lényegesen alacsonyabb, a fény mélyebben, akár több centiméteres mélységig is behatolhat.
Közeli infravörös képalkotásSzerkesztés
A fluoreszcens szondák és címkék az optikai képalkotás fontos eszközei. Egyes kutatók NIR képalkotást alkalmaztak az akut szívinfarktus (AMI) patkánymodelljében, olyan peptidszondát használva, amely képes az apoptotikus és nekrotikus sejtekhez kötődni. Számos közeli infravörös (NIR) fluorofórt alkalmaztak in vivo képalkotásra, többek között a Kodak X-SIGHT festékeket és konjugátumokat, Pz 247, DyLight 750 és 800 fluorokat, Cy 5,5 és 7 fluorokat, Alexa Fluor 680 és 750 festékeket, IRDye 680 és 800CW fluorokat. A kvantumpontok fotostabilitásukkal és fényes emissziójukkal nagy érdeklődést váltottak ki; méretük azonban kizárja a keringési és a veserendszerből való hatékony kiürülést, miközben hosszú távú toxicitást mutatnak.
Számos tanulmányok bizonyították az infravörös festékkel jelölt szondák alkalmazását az optikai képalkotásban.
- A gamma-szcintigráfia és a NIR képalkotás összehasonlításában egy 111
In és egy NIR fluorofórral kettős jelölésű ciklopentapeptidet használtak αvβ3-integrin pozitív melanoma xenograftok képalkotására. - Az αvββ3-integrint célzó, közeli infravörössel jelölt RGD-t számos vizsgálatban alkalmazták már különböző rákos megbetegedések célzott kezelésére.
- Epidermális növekedési faktorhoz (EGF) konjugáltak egy NIR fluorofort a tumor progressziójának képalkotására.
- Egy NIR fluorofórt a Cy5,5 fluorofórral hasonlítottak össze, ami arra utal, hogy a hosszabb hullámhosszú festékek hatékonyabb célzott hatóanyagokat eredményezhetnek az optikai képalkotásban.
- Pamidronátot jelöltek NIR fluorofórral, és csontképző ágensként használták az oszteoblasztikus aktivitás kimutatására élő állatban.
- NIR fluorofórral jelölt GPI, a PSMA (prosztata specifikus membrán antigén) hatékony inhibitora.
- NIR fluorofórral jelölt humán szérumalbumin alkalmazása nyomkövető anyagként az őrszem nyirokcsomók feltérképezéséhez.
- NIR fluorofórral jelölt 2-Deoxi-D-glükóz.
Fontos megjegyezni, hogy egy NIR-szonda hozzáadása bármely vektorhoz megváltoztathatja a vektor biokompatibilitását és biodisztribúcióját. Ezért nem lehet egyértelműen feltételezni, hogy a konjugált vektor a natív formához hasonlóan fog viselkedni.
Egyfoton-emissziós komputertomográfiaSzerkesztés
A komputertomográfia fejlődése az 1970-es években lehetővé tette a radioizotópok eloszlásának feltérképezését a szervben vagy szövetben, és vezetett a ma egyfotonemissziós komputertomográfiának (SPECT) nevezett technikához.
A SPECT-ben használt képalkotó anyag gammasugarakat bocsát ki, szemben a PET-ben használt pozitron kibocsátókkal (például 18
F). A konkrét alkalmazástól függően számos radiotracer (például 99m
Tc, 111
In, 123
I, 201
Tl) használható.
Az egyik ilyen radiotracer a xenon (133
Xe) gáz. Kimutatták, hogy értékes diagnosztikus inhalációs vizsgálatokban a tüdőfunkció értékelésére; a tüdő képalkotására; és a rCBF értékelésére is használható. E gáz kimutatása gammakamerával történik, amely egy kollimátorból, NaI-kristályból és fotomultipliercsövekből álló szcintillációs detektor.
A gammakamerát a beteg körül forgatva a radiotracer eloszlásáról háromdimenziós képet lehet kapni szűrt visszavetítéssel vagy más tomográfiás technikákkal.A SPECT-ben használt radioizotópok viszonylag hosszú felezési idővel rendelkeznek (néhány órától néhány napig), így könnyen előállíthatóak és viszonylag olcsók. Ez jelenti a SPECT mint molekuláris képalkotó technika legnagyobb előnyét, mivel lényegesen olcsóbb, mint a PET vagy az fMRI. Hiányzik azonban a jó térbeli (azaz, hogy pontosan hol van a részecske) vagy időbeli (azaz, hogy a kontrasztanyag jele ebben a milliszekundumban vagy abban a milliszekundumban történt-e) felbontás. Emellett a kontrasztanyag radioaktivitása miatt biztonsági szempontok merülnek fel a radioizotópok alanyba történő beadásával kapcsolatban, különösen sorozatos vizsgálatok esetén.
Pozitronemissziós tomográfiaSzerkesztés
Play media
A pozitronemissziós tomográfia (PET) egy nukleáris medicina képalkotó eljárás, amely háromdimenziós képet vagy képet készít a szervezetben zajló funkcionális folyamatokról. A PET elmélete elég egyszerű. Először egy molekulát pozitronokat kibocsátó izotóppal jelölnek meg. Ezek a pozitronok a közeli elektronokkal annihilálódnak, és két 511 keV-os fotont bocsátanak ki, amelyek 180 fokos eltéréssel ellentétes irányba irányulnak. Ezeket a fotonokat aztán a szkenner érzékeli, amely meg tudja becsülni a pozitron-annihilációk sűrűségét egy adott területen. Ha elegendő kölcsönhatás és annihiláció történt, akkor az eredeti molekula sűrűsége mérhető az adott területen. A tipikus izotópok közé tartozik a 11
C, 13
N, 15
O, 18
F, 64
Cu, 62
Cu, 124
I, 76
Br, 82
Rb, 89
Zr és 68
Ga, amelyek közül a 18
F a klinikailag leginkább használt. A PET egyik legnagyobb hátránya, hogy a legtöbb szondát ciklotron segítségével kell elkészíteni. A legtöbb ilyen szonda felezési ideje is órákban mérhető, így a ciklotronnak a helyszínen kell lennie. Ezek a tényezők a PET-et megfizethetetlenül drágává tehetik. A PET-képalkotásnak azonban számos előnye van. Az első és legfontosabb az érzékenysége: egy tipikus PET-szkenner 10-11 mol/l és 10-12 mol/l közötti koncentrációkat képes kimutatni.