Tomografía de fluorescencia

los Tomografía de fluorescencia es una técnica de imagen que se utiliza principalmente en diagnósticos in vivo. Se basa en el uso de tintes fluorescentes que sirven como biomarcadores. Hoy en día, el procedimiento se usa principalmente en investigación o en estudios prenatales.

¿Qué es la tomografía de fluorescencia?

La tomografía de fluorescencia registra y cuantifica la distribución tridimensional de biomarcadores fluorescentes en tejidos biológicos. Los denominados fluoróforos, es decir, las sustancias fluorescentes, absorben inicialmente radiación electromagnética en el rango del infrarrojo cercano. Luego emiten radiación nuevamente en un estado de energía ligeramente menor. Este comportamiento de las biomoléculas se llama fluorescencia.

La absorción y la emisión tienen lugar en el rango de longitud de onda entre 700 y 900 nm del espectro electromagnético. Las polimetinas se utilizan principalmente como fluoróforos. Estos son tintes que tienen pares de electrones conjugados en la molécula y, por lo tanto, pueden absorber fotones para excitar los electrones. Esta energía se libera nuevamente con emisión de luz y generación de calor.

Mientras el tinte fluorescente está brillando, se puede visualizar su distribución en el cuerpo. Al igual que los medios de contraste, los fluoróforos se utilizan en otros procedimientos de imagen. Se pueden administrar por vía intravenosa u oral, según el área de aplicación. La tomografía de fluorescencia también es adecuada para su uso en imágenes moleculares.

Función, efecto y objetivos

La tomografía de fluorescencia se usa generalmente en el rango del infrarrojo cercano porque la luz infrarroja de onda corta puede atravesar fácilmente el tejido corporal. Solo el agua y la hemoglobina pueden absorber la radiación en este rango de longitud de onda. En un tejido típico, la hemoglobina es responsable de aproximadamente del 34 al 64 por ciento de la absorción. Por tanto, es el factor determinante de este procedimiento.

Hay una ventana espectral en el rango de 700 a 900 nanómetros. La radiación de los tintes fluorescentes también se encuentra en este rango de longitud de onda. Por lo tanto, la luz infrarroja de onda corta puede penetrar bien el tejido biológico. La absorción residual y la dispersión de la radiación son factores limitantes del procedimiento, por lo que su aplicación queda limitada a pequeños volúmenes de tejido. Los tintes fluorescentes del grupo de las polimetinas se utilizan principalmente como fluoróforos en la actualidad. Sin embargo, dado que estos tintes se destruyen lentamente con la exposición, su uso es considerablemente limitado. Los puntos cuánticos hechos de materiales semiconductores son una alternativa.

Se trata de nanocuerpos, pero pueden contener selenio, arsénico y cadmio, por lo que en principio debe excluirse su uso en humanos. Las proteínas, oligonucleótidos o péptidos actúan como ligandos para la conjugación con los colorantes fluorescentes. En casos excepcionales, también se utilizan tintes fluorescentes no conjugados. El tinte fluorescente "verde de indocianina" se ha utilizado como medio de contraste en la angiografía en humanos desde 1959. Los biomarcadores de fluorescencia conjugada no están actualmente aprobados para humanos. Para la investigación de aplicaciones para la tomografía de fluorescencia, solo se llevan a cabo actualmente experimentos con animales.

El biomarcador de fluorescencia se aplica por vía intravenosa y luego se examinan la distribución del colorante y su acumulación en el tejido a examinar de una manera resuelta en el tiempo. La superficie del cuerpo del animal se escanea con un láser NIR. Una cámara registra la radiación emitida por el biomarcador de fluorescencia y combina las imágenes en una película 3D. De esta forma se puede seguir el camino de los biomarcadores. Al mismo tiempo, también se puede registrar el volumen del tejido marcado para que sea posible estimar si es posiblemente tejido tumoral. Hoy en día, la tomografía de fluorescencia se utiliza de muchas formas en los estudios preclínicos. También se está trabajando intensamente sobre posibles usos en el diagnóstico humano.

La investigación juega un papel destacado aquí por su aplicación en el diagnóstico del cáncer, especialmente para el cáncer de mama. Se supone que la mamografía de fluorescencia tiene el potencial de ser un método de detección rápido y económico para el cáncer de mama. Ya en 2000, Schering AG presentó un verde de indocianina modificado como medio de contraste para este proceso. Sin embargo, aún no ha sido aprobado. También se analiza una aplicación para controlar el flujo linfático. Otro campo de aplicación potencial sería el uso del método para la evaluación de riesgos en pacientes con cáncer. La tomografía de fluorescencia también tiene un gran potencial para la detección temprana de artritis reumatoide.

Riesgos, efectos secundarios y peligros

La tomografía de fluorescencia tiene varias ventajas sobre algunas otras técnicas de imagen. Es un procedimiento muy sensible en el que incluso las cantidades más pequeñas de fluoróforo son suficientes para obtener imágenes. Su sensibilidad se puede comparar con los procedimientos de medicina nuclear PET (tomografía por emisión de positrones) y SPECT (tomografía computarizada por emisión de fotón único).

En este sentido, es incluso superior a la resonancia magnética (resonancia magnética). Además, la tomografía de fluorescencia es un método muy económico. Esto se aplica tanto a la inversión y operación del equipo como a la implementación de la investigación. Además, no hay exposición a la radiación. Sin embargo, la desventaja es que las altas pérdidas por dispersión disminuyen drásticamente la resolución espacial al aumentar la profundidad del cuerpo. Por lo tanto, solo se pueden examinar pequeñas superficies de tejido. En los humanos, los órganos internos no se pueden representar bien en este momento. Sin embargo, hay intentos de limitar los efectos de la dispersión mediante el desarrollo de métodos selectivos en el tiempo.

Los fotones muy dispersos se separan de los fotones ligeramente dispersos. Este proceso aún no está completamente desarrollado. También existe la necesidad de más investigación en el desarrollo de un biomarcador de fluorescencia adecuado. Los biomarcadores de fluorescencia anteriores no están aprobados para humanos. Los colorantes que se utilizan actualmente se degradan por la acción de la luz, lo que supone una desventaja considerable para su uso. Posibles alternativas son los denominados puntos cuánticos hechos de materiales semiconductores, sin embargo, debido a su contenido de sustancias tóxicas como cadmio o arsénico, no son adecuados para su uso en diagnósticos in vivo en humanos.