Det finns många olika metoder som kan användas för icke-invasiv molekylär avbildning. Var och en har sina olika styrkor och svagheter och vissa är skickligare på att avbilda flera mål än andra.

Magnetisk resonansavbildningRedigera

Molekylär MRT av en mushjärna som uppvisar akut inflammation i den högra hemisfären. Medan oförstärkt MRT inte visade någon skillnad mellan höger och vänster hjärnhalva, kan injektion av ett kontrastmedel riktat mot inflammerade kärl avslöja inflammation specifikt i höger hjärnhalva.

MRI har fördelarna av att ha mycket hög rumslig upplösning och är mycket skicklig för morfologisk avbildning och funktionell avbildning. MRT har dock flera nackdelar. För det första har MRT en känslighet på cirka 10-3 mol/L till 10-5 mol/L, vilket jämfört med andra typer av avbildningar kan vara mycket begränsande. Detta problem beror på att skillnaden mellan atomer i det höga energitillståndet och det låga energitillståndet är mycket liten. Vid 1,5 Tesla, en typisk fältstyrka för klinisk MRT, är t.ex. skillnaden mellan hög- och lågenergitillstånd ungefär 9 molekyler per 2 miljoner. Förbättringar för att öka MR-känsligheten omfattar ökad magnetfältsstyrka och hyperpolarisering via optisk pumpning, dynamisk kärnpolarisering eller parahydrogeninducerad polarisering. Det finns också en rad olika signalförstärkningsscheman baserade på kemiskt utbyte som ökar känsligheten.

För att uppnå molekylär avbildning av sjukdomsbiomarkörer med hjälp av MRT krävs riktade MRT-kontrastmedel med hög specificitet och hög relaxivitet (känslighet). Hittills har många studier ägnats åt att utveckla riktade MRI-kontrastmedel för att uppnå molekylär avbildning med MRI. Vanligtvis har peptider, antikroppar eller små ligander och små proteindomäner, t.ex. HER-2 affibodies, använts för att uppnå målinriktning. För att öka kontrastmedlens känslighet är dessa målinriktade delar vanligtvis kopplade till MR-kontrastmedel med hög nyttolast eller MR-kontrastmedel med hög relaxivitet. Den senaste utvecklingen av mikronstora partiklar av järnoxid (MPIO) har gjort det möjligt att uppnå oöverträffade känslighetsnivåer för att detektera proteiner som uttrycks i artärer och vener.

Optisk avbildningRedigera

Avbildning av konstruerad E. coli Nissle 1917 i musens tarm

Det finns ett antal metoder som används för optisk avbildning. De olika metoderna är beroende av fluorescens, bioluminescens, absorption eller reflektion som kontrastkälla.

Optisk avbildnings mest värdefulla egenskap är att den och ultraljud inte har starka säkerhetsproblem som de andra medicinska avbildningsmodaliteterna.

Nackdelen med optisk avbildning är bristen på inträngningsdjup, särskilt när man arbetar vid synliga våglängder. Penetrationsdjupet är relaterat till absorption och spridning av ljus, vilket främst är en funktion av excitationskällans våglängd. Ljus absorberas av endogena kromoforer som finns i levande vävnad (t.ex. hemoglobin, melanin och lipider). I allmänhet minskar ljusabsorptionen och -spridningen med ökande våglängd. Under ~700 nm (t.ex. synliga våglängder) resulterar dessa effekter i grunda penetrationsdjup på endast några millimeter. I den synliga delen av spektrumet är därför endast en ytlig bedömning av vävnadsegenskaperna möjlig. Över 900 nm kan vattenabsorption störa förhållandet mellan signal och bakgrund. Eftersom vävnadens absorptionskoefficient är betydligt lägre i det nära infraröda (NIR) området (700-900 nm) kan ljuset tränga djupare, till flera centimeters djup.

Nära infraröd avbildningRedigera

Fluorescerande prober och etiketter är ett viktigt verktyg för optisk avbildning. Vissa forskare har tillämpat NIR-avbildning i en råttmodell av akut hjärtinfarkt (AMI) med hjälp av en peptidsond som kan binda till apoptotiska och nekrotiska celler. Ett antal nära infraröda (NIR) fluoroforer har använts för in vivo avbildning, bland annat Kodak X-SIGHT Dyes and Conjugates, Pz 247, DyLight 750 and 800 Fluors, Cy 5.5 and 7 Fluors, Alexa Fluor 680 and 750 Dyes, IRDye 680 and 800CW Fluors. Kvantprickar, med sin fotostabilitet och ljusa emissioner, har väckt stort intresse, men deras storlek förhindrar ett effektivt avlägsnande från cirkulations- och njursystemet samtidigt som de uppvisar en långsiktig toxicitet.

Flera studier har visat på användningen av infraröd färgämnesmärkta prober i optisk avbildning.

1. I en jämförelse mellan gammascintigrafi och NIR-avbildning användes en cyklopentapeptid dubbelmärkt med 111
   In och en NIR-fluorofor för att avbilda αvβ3-integrin-positiva melanom xenografts.
2. Närinfrarödmärkt RGD med αvβ3-integrin som måltavla har använts i många studier för att rikta in sig på en rad olika cancerformer.
3. En NIR-fluorofor har konjugerats till epidermal tillväxtfaktor (EGF) för avbildning av tumörutveckling.
4. En NIR-fluorofor jämfördes med Cy5.5, vilket tyder på att färgämnen med längre våglängd kan ge effektivare målinriktningsmedel för optisk avbildning.
5. Pamidronat har märkts med en NIR-fluorofor och använts som ett medel för avbildning av ben för att upptäcka osteoblastisk aktivitet i ett levande djur.
6. En NIR-fluoroformärkt GPI, en potent hämmare av PSMA (prostataspecifikt membranantigen).
7. Användning av humant serumalbumin märkt med en NIR-fluorofor som spårningsmedel för kartläggning av sentinel lymfkörtlar.
8. 2-Deoxy-D-glukos märkt med en NIR-fluorofor.

Det är viktigt att notera att tillägg av en NIR-sond till en vektor kan förändra vektorns biokompatibilitet och biodistribution. Därför kan man inte entydigt anta att den konjugerade vektorn kommer att bete sig på samma sätt som den ursprungliga formen.

Single photon emission computed tomographyEdit

SPECT-bild (bone tracer) av en mus MIP

Utvecklingen av datortomografin på 1970-talet gjorde det möjligt att kartlägga fördelningen av radioisotoper i organet eller vävnaden och ledde till den teknik som nu kallas single photon emission computed tomography (SPECT).

Det bildgivande medel som används vid SPECT avger gammastrålar, i motsats till de positronemittenter (t.ex. 18
F) som används vid PET. Det finns en rad olika radiotraketer (t.ex. 99m
Tc, 111
In, 123
I, 201
Tl) som kan användas, beroende på den specifika tillämpningen.

Xenongas (133
Xe) är en sådan radiotracer. Den har visat sig vara värdefull för diagnostiska inhalationsstudier för utvärdering av lungfunktionen, för avbildning av lungorna och kan också användas för att bedöma rCBF. Detektion av denna gas sker med hjälp av en gammakamera – en scintillationsdetektor som består av en kollimator, en NaI-kristall och en uppsättning fotomultiplikatorrör.

Genom att rotera gammakameran runt patienten kan en tredimensionell bild av radiotracerens fördelning erhållas med hjälp av filtrerad bakåtprojektion eller andra tomografiska tekniker.De radioisotoper som används i SPECT har en relativt lång halveringstid (några timmar till några dagar), vilket gör att de är lätta att producera och relativt billiga. Detta är den största fördelen med SPECT som molekylär avbildningsteknik, eftersom den är betydligt billigare än PET eller fMRI. Den saknar dock god rumslig (dvs. exakt var partikeln befinner sig) eller tidsmässig (dvs. inträffade kontrastmedelssignalen vid denna millisekund eller denna millisekund) upplösning. På grund av kontrastmedlets radioaktivitet finns det dessutom säkerhetsaspekter när det gäller administrering av radioisotoper till försökspersonen, särskilt vid seriestudier.

PositronemissionstomografiRedigera

Play media

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

PET, MRT och överlagrade bilder av en mänsklig hjärna.

Positronemissionstomografi (PET) är en nuklearmedicinsk avbildningsteknik som ger en tredimensionell bild eller bild av funktionella processer i kroppen. Teorin bakom PET är ganska enkel. Först märks en molekyl med en positronavgivande isotop. Dessa positroner förintas med närliggande elektroner och avger två 511 keV-fotoner som är riktade 180 grader från varandra i motsatt riktning. Dessa fotoner upptäcks sedan av skannern, som kan uppskatta tätheten av positronförintelser i ett visst område. När tillräckligt många interaktioner och förintelser har ägt rum kan densiteten av den ursprungliga molekylen mätas i det området. Typiska isotoper är 11
C, 13
N, 15
O, 18
F, 64
Cu, 62
Cu, 124
I, 76
Br, 82
Rb, 89
Zr och 68
Ga, där 18
F är den mest kliniskt använda. En av de största nackdelarna med PET är att de flesta proberna måste tillverkas med en cyklotron. De flesta av dessa prober har också en halveringstid som mäts i timmar, vilket gör att cyklotronen måste finnas på plats. Dessa faktorer kan göra PET oöverkomligt dyrt. PET-avbildning har dock många fördelar. Först och främst är dess känslighet: en typisk PET-skanner kan upptäcka koncentrationer på mellan 10-11 mol/L och 10-12 mol/L.