Există multe modalități diferite care pot fi utilizate pentru imagistica moleculară neinvazivă. Fiecare dintre ele are puncte forte și puncte slabe diferite, iar unele sunt mai pricepute decât altele la imagistica țintelor multiple.

Imagistica prin rezonanță magneticăEdit

IRM molecular al unui creier de șoarece care prezintă o inflamație acută în emisfera dreaptă. În timp ce RMN-ul neaccentuat nu a reușit să evidențieze nicio diferență între emisferele dreaptă și stângă, injectarea unui agent de contrast direcționat către vasele inflamate permite evidențierea inflamației în mod specific în emisfera dreaptă.

IRM are avantajul de a avea o rezoluție spațială foarte mare și este foarte pricepută la imagistica morfologică și la imagistica funcțională. IRM are totuși câteva dezavantaje. În primul rând, RMN are o sensibilitate de aproximativ 10-3 mol/L până la 10-5 mol/L care, în comparație cu alte tipuri de imagistică, poate fi foarte limitativă. Această problemă provine din faptul că diferența dintre atomii aflați în stare de energie înaltă și cei aflați în stare de energie joasă este foarte mică. De exemplu, la 1,5 Tesla, o intensitate tipică a câmpului pentru IRM clinic, diferența dintre stările de înaltă și joasă energie este de aproximativ 9 molecule la 2 milioane. Îmbunătățirile pentru creșterea sensibilității RMN includ creșterea intensității câmpului magnetic și hiperpolarizarea prin pompare optică, polarizare nucleară dinamică sau polarizare indusă de parahidrogen. Există, de asemenea, o varietate de scheme de amplificare a semnalului bazate pe schimburi chimice care măresc sensibilitatea.

Pentru a realiza imagistica moleculară a biomarkerilor de boală cu ajutorul IRM, sunt necesari agenți de contrast IRM țintiți cu specificitate ridicată și relaxivitate (sensibilitate) mare. Până în prezent, multe studii au fost dedicate dezvoltării agenților de contrast IRM țintiți pentru a realiza imagistica moleculară prin IRM. În mod obișnuit, au fost aplicate peptide, anticorpi sau liganzi mici și domenii proteice mici, cum ar fi afibiții HER-2, pentru a realiza direcționarea. Pentru a spori sensibilitatea agenților de contrast, aceste părți de direcționare sunt, de obicei, legate de agenți de contrast RMN cu sarcină utilă mare sau de agenți de contrast RMN cu relaxivitate mare. În special, dezvoltarea recentă a particulelor de oxid de fier de dimensiuni micronice (MPIO) a permis atingerea unor niveluri de sensibilitate fără precedent pentru a detecta proteinele exprimate de artere și vene.

Imagistică opticăEdit

Imagistica E. coli Nissle 1917 modificată în intestinul de șoarece

Există o serie de abordări utilizate pentru imagistica optică. Diferitele metode depind de fluorescență, bioluminescență, absorbție sau reflectanță ca sursă de contrast.

Cel mai valoros atribut al imagisticii optice este faptul că aceasta și ultrasunetele nu prezintă probleme puternice de siguranță, precum celelalte modalități de imagistică medicală.

Dosarul negativ al imagisticii optice este lipsa adâncimii de penetrare, în special atunci când se lucrează la lungimi de undă vizibile. Adâncimea de penetrare este legată de absorbția și împrăștierea luminii, care este în primul rând o funcție a lungimii de undă a sursei de excitație. Lumina este absorbită de cromoforii endogeni care se găsesc în țesuturile vii (de exemplu, hemoglobina, melanina și lipidele). În general, absorbția și dispersia luminii scade odată cu creșterea lungimii de undă. Sub ~700 nm (de exemplu, lungimile de undă vizibile), aceste efecte duc la adâncimi de penetrare reduse, de numai câțiva milimetri. Astfel, în regiunea vizibilă a spectrului, este posibilă doar o evaluare superficială a caracteristicilor țesutului. Peste 900 nm, absorbția apei poate interfera cu raportul semnal/fond. Deoarece coeficientul de absorbție al țesutului este considerabil mai mic în regiunea infraroșu apropiat (NIR) (700-900 nm), lumina poate pătrunde mai adânc, până la adâncimi de câțiva centimetri.

Imagistica în infraroșu apropiatEdit

Sondele și etichetele fluorescente sunt un instrument important pentru imagistica optică. Unii cercetători au aplicat imagistica NIR în modelul de infarct miocardic acut (AMI) la șobolani, folosind o sondă peptidică care se poate lega de celulele apoptotice și necrotice. O serie de fluorofori în infraroșu apropiat (NIR) au fost utilizați pentru imagistica in vivo, inclusiv Kodak X-SIGHT Dyes and Conjugates, Pz 247, DyLight 750 și 800 Fluors, Cy 5.5 și 7 Fluors, Alexa Fluor 680 și 750 Dyes, IRDye 680 și 800CW Fluors. Punctele cuantice, cu fotostabilitatea și emisiile lor luminoase, au generat un mare interes; cu toate acestea, dimensiunea lor împiedică eliminarea eficientă din sistemele circulator și renal, prezentând în același timp o toxicitate pe termen lung….

Câteva studii au demonstrat utilizarea sondelor marcate cu coloranți în infraroșu în imagistica optică.

1. Într-o comparație a scintigrafiei gamma și a imagisticii NIR, o ciclopentapeptidă dublu marcată cu 111
   In și un fluorofor NIR a fost utilizată pentru a obține imagini de xenogrefe de melanom αvβ3-integrin pozitive.
2. R RGD marcat în infraroșu apropiat care vizează αvβ3-integrina a fost utilizat în numeroase studii pentru a viza o varietate de cancere.
3. Un fluorofor NIR a fost conjugat cu factorul de creștere epidermică (EGF) pentru imagistica progresiei tumorale.
4. Un fluorofor NIR a fost comparat cu Cy5.5, sugerând că coloranții cu lungime de undă mai mare pot produce agenți de direcționare mai eficienți pentru imagistica optică.
5. Pamidronatul a fost marcat cu un fluorofor NIR și utilizat ca agent de imagistică osoasă pentru a detecta activitatea osteoblastică la un animal viu.
6. Un GPI marcat cu un fluorofor NIR, un inhibitor puternic al PSMA (antigenul membranar specific prostatic).
7. Utilizarea albuminei serice umane marcate cu un fluorofor NIR ca agent de urmărire pentru cartografierea ganglionilor limfatici santinelă.
8. 2-Deoxi-D-glucoză marcată cu un fluorofor NIR.

Este important de reținut că adăugarea unei sonde NIR la orice vector poate modifica biocompatibilitatea și biodistribuția vectorului. Prin urmare, nu se poate presupune fără echivoc că vectorul conjugat se va comporta în mod similar cu forma nativă.

Tomografie computerizată cu emisie de un singur fotonEdit

Imaginea SPECT (trasor osos) a unui MIP de șoarece

Dezvoltarea tomografiei computerizate în anii 1970 a permis cartografierea distribuției radioizotopilor în organ sau țesut, și a condus la tehnica numită acum tomografie computerizată cu emisie de un singur foton (SPECT).

Agentul imagistic utilizat în SPECT emite raze gamma, spre deosebire de emițătorii de pozitroni (cum ar fi 18
F) utilizați în PET. Există o serie de radiotrasori (cum ar fi 99m
Tc, 111
In, 123
I, 201
Tl) care pot fi utilizați, în funcție de aplicația specifică.

Gazul xenon (133
Xe) este un astfel de radiotrasor. Acesta s-a dovedit a fi valoros pentru studii de diagnosticare prin inhalare pentru evaluarea funcției pulmonare; pentru imagistica plămânilor; și poate fi utilizat, de asemenea, pentru evaluarea rCBF. Detectarea acestui gaz are loc prin intermediul unei camere gamma – care este un detector de scintilații format dintr-un colimator, un cristal de NaI și un set de tuburi fotomultiplicatoare.

Prin rotirea camerei gamma în jurul pacientului, se poate obține o imagine tridimensională a distribuției radiotrasorului prin utilizarea proiecției dorsale filtrate sau a altor tehnici tomografice.Radioizotopii utilizați în SPECT au timpi de înjumătățire relativ lungi (de la câteva ore la câteva zile), ceea ce îi face ușor de produs și relativ ieftini. Acest lucru reprezintă un avantaj major al SPECT ca tehnică de imagistică moleculară, deoarece este semnificativ mai ieftin decât PET sau fMRI. Cu toate acestea, îi lipsește o bună rezoluție spațială (de exemplu, unde se află exact particula) sau temporală (de exemplu, semnalul agentului de contrast a apărut în această milisecundă sau în acea milisecundă). În plus, din cauza radioactivității agentului de contrast, există aspecte de siguranță în ceea ce privește administrarea de radioizotopi subiectului, în special pentru studiile în serie.

Tomografia prin emisie de pozitroniEdit

Play media

Imaging joint inflammation in an arthritic mouse using positron emission tomography.

Imagini PET, RMN și imagini suprapuse ale unui creier uman.

Tomografia prin emisie de pozitroni (PET) este o tehnică de imagistică în medicina nucleară care produce o imagine tridimensională sau o imagine a proceselor funcționale din organism. Teoria din spatele PET este destul de simplă. Mai întâi, o moleculă este marcată cu un izotop emițător de pozitroni. Acești pozitroni se anihilează cu electronii din apropiere, emițând doi fotoni de 511 keV, direcționați la 180 de grade în direcții opuse. Acești fotoni sunt apoi detectați de scaner, care poate estima densitatea de anihilări de pozitroni într-o anumită zonă. Atunci când au avut loc suficiente interacțiuni și anihilări, densitatea moleculei originale poate fi măsurată în zona respectivă. Printre izotopii tipici se numără 11
C, 13
N, 15
O, 18
F, 64
Cu, 62
Cu, 124
I, 76
Br, 82
Rb, 89
Zr și 68
Ga, 18
F fiind cel mai utilizat din punct de vedere clinic. Unul dintre dezavantajele majore ale PET este faptul că majoritatea sondelor trebuie realizate cu ajutorul unui ciclotron. Majoritatea acestor sonde au, de asemenea, un timp de înjumătățire măsurat în ore, ceea ce obligă ciclotronul să se afle la fața locului. Acești factori pot face ca PET să fie prohibitiv de costisitoare. Imagistica PET are totuși multe avantaje. Primul și cel mai important este sensibilitatea sa: un scaner PET tipic poate detecta concentrații cuprinse între 10-11 mol/L și 10-12 mol/L.

.