טומוגרפיה פלואורסצנטית

ה טומוגרפיה פלואורסצנטית היא טכניקת הדמיה המשמשת בעיקר באבחון in vivo. זה מבוסס על שימוש בצבעים ניאון המשמשים כסמנים ביולוגיים. כיום הנוהל משמש לרוב במחקר או במחקרים טרום לידתי.

מהי טומוגרפיה של פלואורסצנט?

טומוגרפיה של פלואורסצנט מתעדת ומכמתת את ההתפלגות התלת ממדית של סמני ביו ניאון ברקמות ביולוגיות. מה שנקרא פלואורופורים, כלומר החומרים הניאון, סופגים תחילה קרינה אלקטרומגנטית בתחום האינפרא אדום הקרוב. ואז הם פולטים קרינה שוב במצב אנרגטי נמוך מעט יותר. התנהגות זו של הבי מולקולות נקראת פלואורסצנט.

הקליטה והפליטה מתרחשות בטווח אורך הגל שבין 700 - 900 ננומטר מהספקטרום האלקטרומגנטי. פולימטים משמשים בעיקר כפלואורופורים. אלה הם צבעים שיש להם זוגות אלקטרונים מצומדים במולקולה ולכן הם מסוגלים לקלוט פוטונים כדי לרגש את האלקטרונים. אנרגיה זו משתחררת שוב עם פליטת אור ויצירת חום.

בעוד שהצבע הפלואורסנטי זוהר, ניתן להמחיש את חלוקתו בגוף. כמו אמצעי ניגודיות, פלואורופורים משמשים בהליכי הדמיה אחרים. ניתן לתת אותם תוך ורידי או דרך הפה, בהתאם לאזור היישום. טומוגרפיה פלואורסצנטית מתאימה גם לשימוש בהדמיה מולקולרית.

פונקציה, אפקט ומטרות

בדרך כלל משתמשים בטומוגרפיה של פלואורסצנט בתחום האינפרא אדום הקרוב מכיוון שאור האינפרה אדום הקצר יכול לעבור בקלות דרך רקמת הגוף. רק מים והמוגלובין מסוגלים לספוג קרינה בתחום אורך הגל הזה. ברקמה טיפוסית המוגלובין אחראי לכ -34 עד 64 אחוז מהספיגה. לפיכך זהו הגורם הקובע להליך זה.

יש חלון ספקטרלי בטווח שבין 700 ל 900 ננומטר. הקרינה מצבעים פלואורסצנטיים נמצאת גם בטווח אורך גל זה. לכן האור הקצר אינפרא אדום הגל יכול לחדור היטב לרקמות ביולוגיות. ספיגת הקרינה ופיזורם הינם גורמים מגבילים להליך, כך שיישום יישאר מוגבל לכמויות רקמות קטנות. צבעי פלואורסצנט מקבוצת הפולימטינים משמשים כיום בעיקר כפלואורופורים. עם זאת, מכיוון שצבעים אלה נהרסים לאט לאט לאחר החשיפה, השימוש בהם מוגבל במידה ניכרת. נקודות קוונטיות העשויות מחומרים מוליכים למחצה הם חלופה.

אלה ננוגודים, אך הם יכולים להכיל סלניום, ארסן וקדמיום, כך שיש לשלול באופן עקרוני את השימוש בהם בבני אדם. חלבונים, אוליגונוקליאוטידים או פפטידים פועלים כליגנדים להתייחדות עם צבעי הניאון. במקרים חריגים משתמשים גם בצבעים פלואורסצנטיים שאינם מצומדים. הצבע הפלואורסצנטי "ירוק אינדוציאני" שימש כאמצעי ניגוד באנגיוגרפיה בבני אדם מאז 1959. סמני ביו פלואורסצנט מצומדים כרגע אינם מאושרים לבני אדם. למחקר יישומים לטומוגרפיה של פלואורסצנציה מבוצעים כיום רק ניסויים בבעלי חיים.

הסמן הביולוגי של הקרינה מוחל תוך ורידי, ואז נבדקת חלוקת הצבירה והצטברותו ברקמה שתיבדק. פני גוף החיה נסרקים באמצעות לייזר NIR. מצלמה מתעדת את הקרינה הנפלטת מהסמן הביולוגי הקרינה ומשלבת את התמונות לסרט תלת מימד. בדרך זו ניתן ללכת בדרכם של הסמנים הביולוגיים. במקביל, ניתן לרשום את נפח הרקמה המסומנת כך שניתן יהיה להעריך האם מדובר ברקמת גידול. כיום משתמשים בטומוגרפיה של פלואורסצנס בדרכים רבות במחקרים פרה-קליניים. עבודה אינטנסיבית מתבצעת גם בשימושים אפשריים באבחון אנושי.

למחקר יש תפקיד בולט כאן ליישומם באבחון סרטן, במיוחד לסרטן השד. ההנחה היא שלממוגרפיה של פלואורסצנט יש פוטנציאל לשיטת סינון זולה ומהירה של סרטן השד. כבר בשנת 2000 הציג שרינג AG ירוק אינדוציאנין שונה כאמצעי ניגודיות לתהליך זה. עם זאת, זה טרם אושר. נדון גם בבקשה לשליטה על זרימת הלימפה. תחום אפשרי נוסף ליישום יהיה השימוש בשיטה להערכת סיכונים בחולי סרטן. לטומוגרפיה של הקרינה יש גם פוטנציאל גדול לגילוי מוקדם של דלקת מפרקים שגרונית.

סיכונים, תופעות לוואי וסכנות

לטומוגרפיה של הקרינה יש כמה יתרונות על פני כמה טכניקות הדמיה אחרות. זהו הליך רגיש ביותר בו אפילו הכמויות הקטנות ביותר של פלואורופור מספיקות להדמיה. ניתן להשוות את הרגישות שלהם עם נהלי הרפואה הגרעינית PET (טומוגרפיה פליטת פוזיטרון) ו- SPECT (טומוגרפיה ממוחשבת פליטת פוטון בודדת).

מהבחינה הזו היא אפילו עדיפה על MRI (הדמיית תהודה מגנטית). יתר על כן, טומוגרפיה של פלואורסצנציה היא שיטה מאוד לא יקרה. זה חל על השקעות ותפעול ציוד וכן על יישום החקירה. בנוסף, אין חשיפה לקרינה. עם זאת, החיסרון הוא שההפסדים בפיזור הגבוהים מורידים בצורה דרסטית את הרזולוציה המרחבית עם הגדלת עומק הגוף. לכן ניתן לבחון רק משטחי רקמה קטנים. אצל בני אדם, האיברים הפנימיים אינם יכולים להיות מיוצגים כרגע. עם זאת, ישנם ניסיונות להגביל את השפעות הפיזור על ידי פיתוח שיטות סלקטיביות בזמן.

הפוטונים המפוזרים בכבדות מופרדים מהפוטונים היחידים המפוזרים מעט. תהליך זה טרם מפותח. כמו כן, יש צורך במחקר נוסף בפיתוחו של סמן ביולוגי פלואורסצנטי מתאים. סמני ביו הקרינה הקודמים אינם מאושרים לבני אדם. הצבעים המשמשים כיום נשברים על ידי פעולת האור, מה שאומר חיסרון ניכר לשימושם. אלטרנטיבות אפשריות הן מה שנקרא נקודות קוונטיות העשויות מחומרים מוליכים למחצה, אולם עקב תכולתן של חומרים רעילים כמו קדמיום או ארסן הם אינם מתאימים לשימוש באבחון in vivo בבני אדם.