le Tomographie par fluorescence est une technique d'imagerie principalement utilisée dans le diagnostic in vivo. Il est basé sur l'utilisation de colorants fluorescents qui servent de biomarqueurs. Aujourd'hui, la procédure est principalement utilisée dans la recherche ou dans les études prénatales.
Qu'est-ce que la tomographie par fluorescence?
La tomographie par fluorescence enregistre et quantifie la distribution tridimensionnelle des biomarqueurs fluorescents dans les tissus biologiques. Les soi-disant fluorophores, c'est-à-dire les substances fluorescentes, absorbent initialement le rayonnement électromagnétique dans le proche infrarouge. Ensuite, ils émettent à nouveau un rayonnement dans un état d'énergie légèrement inférieur. Ce comportement des biomolécules est appelé fluorescence.
L'absorption et l'émission ont lieu dans la gamme de longueurs d'onde entre 700 et 900 nm du spectre électromagnétique. Les polyméthines sont principalement utilisées comme fluorophores. Ce sont des colorants qui ont des paires d'électrons conjugués dans la molécule et sont donc capables d'absorber des photons pour exciter les électrons. Cette énergie est à nouveau libérée avec l'émission de lumière et la génération de chaleur.
Pendant que le colorant fluorescent brille, sa distribution dans le corps peut être visualisée. Comme les produits de contraste, les fluorophores sont utilisés dans d'autres procédures d'imagerie. Ils peuvent être administrés par voie intraveineuse ou orale, selon le domaine d'application. La tomographie par fluorescence convient également pour une utilisation en imagerie moléculaire.
Fonction, effet et objectifs
La tomographie par fluorescence est généralement utilisée dans le proche infrarouge car la lumière infrarouge à ondes courtes peut facilement traverser les tissus corporels. Seules l'eau et l'hémoglobine sont capables d'absorber le rayonnement dans cette gamme de longueurs d'onde. Dans un tissu typique, l'hémoglobine est responsable d'environ 34 à 64 pour cent de l'absorption. C'est donc le facteur déterminant de cette procédure.
Il existe une fenêtre spectrale comprise entre 700 et 900 nanomètres. Le rayonnement des colorants fluorescents est également dans cette gamme de longueurs d'onde. Par conséquent, la lumière infrarouge à ondes courtes peut bien pénétrer les tissus biologiques. L'absorption résiduelle et la diffusion du rayonnement sont des facteurs limitants de la procédure, de sorte que son application reste limitée à de petits volumes de tissu. Les colorants fluorescents du groupe des polyméthines sont principalement utilisés comme fluorophores aujourd'hui. Cependant, comme ces colorants sont lentement détruits lors de l'exposition, leur utilisation est considérablement limitée. Les points quantiques fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs sont une alternative.
Ce sont des nanocorps, mais ils peuvent contenir du sélénium, de l'arsenic et du cadmium, de sorte que leur utilisation chez l'homme doit être exclue en principe. Les protéines, oligonucléotides ou peptides agissent comme des ligands pour la conjugaison avec les colorants fluorescents. Dans des cas exceptionnels, des colorants fluorescents non conjugués sont également utilisés. Le colorant fluorescent «vert d'indocyanine» est utilisé comme produit de contraste en angiographie chez l'homme depuis 1959. Les biomarqueurs de fluorescence conjuguée ne sont actuellement pas approuvés pour l'homme. Pour la recherche d'application pour la tomographie par fluorescence, seules des expériences animales sont menées aujourd'hui.
Le biomarqueur de fluorescence est appliqué par voie intraveineuse et la distribution du colorant et son accumulation dans le tissu à examiner sont ensuite examinées de manière résolue dans le temps. La surface corporelle de l'animal est scannée avec un laser NIR. Une caméra enregistre le rayonnement émis par le biomarqueur de fluorescence et combine les images dans un film 3D. De cette manière, le chemin des biomarqueurs peut être suivi. Dans le même temps, le volume du tissu marqué peut également être enregistré de sorte qu'il soit possible d'estimer s'il s'agit éventuellement d'un tissu tumoral. Aujourd'hui, la tomographie par fluorescence est utilisée de nombreuses manières dans les études précliniques. Des travaux intensifs sont également menés sur les utilisations possibles dans le diagnostic humain.
La recherche joue ici un rôle de premier plan pour son application dans le diagnostic du cancer, en particulier pour le cancer du sein. On suppose que la mammographie par fluorescence a le potentiel d'une méthode de dépistage rapide et peu coûteuse du cancer du sein. Dès 2000, Schering AG a présenté un vert d'indocyanine modifié comme produit de contraste pour ce procédé. Cependant, il n'a pas encore été approuvé. Une application pour contrôler le flux lymphatique est également discutée. Un autre domaine d'application potentiel serait l'utilisation de la méthode d'évaluation des risques chez les patients cancéreux. La tomographie par fluorescence a également un grand potentiel pour la détection précoce de la polyarthrite rhumatoïde.
Risques, effets secondaires et dangers
La tomographie par fluorescence présente plusieurs avantages par rapport à certaines autres techniques d'imagerie. C'est une procédure très sensible dans laquelle même les plus petites quantités de fluorophore sont suffisantes pour l'imagerie. Leur sensibilité peut être comparée aux procédures de médecine nucléaire PET (tomographie par émission de positons) et SPECT (tomographie par émission de photons uniques).
À cet égard, elle est même supérieure à l'IRM (imagerie par résonance magnétique). De plus, la tomographie par fluorescence est une méthode très peu coûteuse. Cela s'applique à l'investissement et à l'exploitation des équipements ainsi qu'à la mise en œuvre de l'enquête. De plus, il n'y a pas d'exposition aux radiations. Cependant, l'inconvénient est que les pertes de diffusion élevées diminuent considérablement la résolution spatiale avec l'augmentation de la profondeur du corps. Par conséquent, seules les petites surfaces tissulaires peuvent être examinées. Chez l'homme, les organes internes ne peuvent pas être bien représentés pour le moment. Cependant, il existe des tentatives pour limiter les effets de diffusion en développant des méthodes sélectives dans le temps.
Les photons fortement diffusés sont séparés des seuls photons légèrement diffusés. Ce processus n'est pas encore complètement développé. Il existe également un besoin de recherches supplémentaires dans le développement d'un biomarqueur de fluorescence approprié. Les biomarqueurs de fluorescence précédents ne sont pas approuvés pour l'homme. Les colorants actuellement utilisés se dégradent sous l'action de la lumière, ce qui représente un inconvénient considérable pour leur utilisation. Des alternatives possibles sont les «points quantiques» constitués de matériaux semi-conducteurs. Cependant, en raison de leur teneur en substances toxiques telles que le cadmium ou l'arsenic, ils ne sont pas adaptés pour une utilisation dans le diagnostic in vivo chez l'homme.
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