Anar al contingut

Image molecular

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Archiu:MolecularImagingTherapy.jpg
Teràpia d'image molecular.

Les imàgens moleculars són la formació d'imàgens a nivell molecular que s'origina del camp de la ràdio-farmacologia per la necessitat d'un millor enteniment dels camins (o trayectòries) moleculars fonamentals en els organismes d'una manera no invasiva.

General

[editar | editar còdic]

La formació d'imàgens a nivell molecular es genera al principi del sigle 21 com una disciplina entre la Biologia molecular i la formació d'imàgens in viu. Permet la visualisació de la funció celular i el seguiment dels processos moleculars en organismes vius sense pertorbar-los. Les diverses possibilitats en este camp són aplicables al diagnòstic de malalties com el Càncer, malalties neurològiques i cardiovasculars. Esta tècnica millora el diagnòstic i tractament primerenc dites malalties i a la seua volta permet l'optimisació de la teràpia farmacològica i/o la teràpia gènica a implementar. La formació d'imàgens a nivell funcional i molecular ha pres una nova direcció des de la descripció del genoma humà. Noves investigacions, incloent a nivell industrial, ha incrementat a nivell científic la demanda d'este método. S'han estat generant programes per a açò.

La formació d'imàgens moleculars es diferencia de la formació d'imàgens tradicional. En la formació d'imàgens moleculars s'usen biomarcadores que són usats per a generar l'image d'objectius particulars o trayectòries. En medicina un biomarcador és el terme que s'usa per a referir-se a una proteïna d'una cantitat mesurada en la sanc la concentració de la qual reflectix la severitat o presència de cert estat d'una malaltia. Pot ser també introduït en un organisme per a examinar la funció d'un orgue o atres aspectes relacionats en la salut, pot ser un isòtop radioactivo que permeta localisar el problema a tractar. Els biomarcadores interactuen químicament en el seu entorn i comporta a alterar l'image a formar d'acort en els canvis moleculars que ocorren en l'àrea d'interés a analisar. Este procés és molt diferent de métodos previs de formació d'imàgens a on la formació d'esta a nivell molecular diferix de les atres en calitat com a densitat o contingut d'aigua. Esta habilitat per a formar imàgens de canvis a nivell molecular genera una gran varietat de possibilitats a nivell mèdic com la ya mencionada detecció primerenca de malalties i per a desenroll farmacèutic.

Per a alcançar l'èxit en l'obtenció d'imàgens moleculars, les sondes deuen complir en certes característiques, com la de posseir alta afinitat i especificidad pel seu blanc molecular, i dispondre de la capacitat de sobrepondre's a barreres biològiques per a alcançar-ho. A la seua volta, els sistemes de detecció deuen ser lo suficientment sensibles i ràpits per a permetre l'obtenció d'imàgens d'una alta resolució.

Ademés, les imàgens moleculars permeten estudis quantitatius impartint un major grau d'objectivitat en l'estudi d'estes àrees. Una tecnologia emergent és MALDI-TOF que és la formació d'imàgens a nivell molecular per mig de l'Espectrometria de masses.

Diferents àrees d'investigació estan sent conduïdes en el camp de la formació d'imàgens moleculars. La majoria de l'investigació està centrada en detectar lo que és conegut com un estat de pre-malaltia o estats moleculars que ocorren ans que síntomes usuals d'una malaltia. Un atre camí que s'ha pres és el de la formació d'imàgens de l'expressió de gens i el desenroll de nous biomarcadores. Organisacions com la Societat de Medicina Nuclear i el MICoE (Molecular Imaging Center of Excellence) han generat respal en el desenroll d'este camp. En Europa diferents organisacions també treballen en este nou camp per a generar professionals.

Recentment el terme "image molecular" s'ha aplicat a una gran varietat de tècniques d'microscopia i nanoscopía entre les quals estan microscopia-TIRF (Total Internal Reflection Fluorescence), nanoscopía-STED (STimulated Emission Depletion) i Microscopia de Força Atòmica.

Modalitats de Formació d'Imàgens

[editar | editar còdic]

Existixen diferents modalitats que servixen per a la formació d'imàgens moleculars d'una manera no invasiva.

Modalitats No Radiactives

[editar | editar còdic]

Són tècniques en les que no s'utilisa material radiactiu per a la formació de les imàgens moleculars. Dins d'estes, es troben les imàgens per resonància magnètica, les imàgens òptiques i les imàgens per ultrasò.

Image per Resonància Magnètica

[editar | editar còdic]
Artícul principal → Image per resonància magnètica.

L'image per resonància magnètica (MRI) es basa en els principis de la tècnica espectroscópica de Resonància Magnètica Nuclear (RMN), sobre els processos d'absorció i emissió d'energia dins del ranc de la radiofrecuencia en l'espectre electromagnètic.

Té la ventaja de permetre l'obtenció d'una alta resolució espacial i és molt útil per a imàgens morfològiques i funcionals. Pero la MRI també té desventages, ya que els Agents Convencionals de Contrast (ej: quelat de galodinio) posseïx una sensibilitat d'al voltant de 10-3 mol/L a 10-5 mol/L, la qual comparat en atres tipos de formació d'imàgens, pot ser molt limitante. Existixen millores per a incrementar la sensibilitat de la MRI, incloent la hiperpolarización per a incrementar la força del Camp magnètic, el "bombeig òptic" i la polarisació dinàmica nuclear. També existixen uns esquemes d'amplificament de senyals basats en l'intercanvi químic que incrementen la sensibilitat.

En l'actualitat s'han desenrollat nous agents de contrast[1] (ej: nanopartículas superparamagnéticas d'òxit de ferro) per a l'obtenció d'imàgens per Resonància Magnètica. Estos tenen la ventaja de ser dirigits gràcies a la possibilitat de modificar la superfície de les nanopartículas, brindant un ampli repertori de modificacions possibles i usos. A la seua volta els conferix major especificidad i una sensibilitat en l'orde nanomolar (10-9 mol/L). Entre eixos, podem nomenar a:

  • CLIO (Cross-Linked Iron Oxide): es modifica la superfície de les nanopartículas de ferro, conjugant-les en gran varietat de ligandos (ej: anticossos, fluorocromos, etc). Presenten una vida mija en sanc major respecte d'unes atres sondes i milloren significativament la senyal biològica.
  • Nanoswitches: són nanopartículas d'òxit de ferro magnètiques, que sofrixen ensamblage i desensamblaje reversible en presència d'una enzima específica o compost químic, produint un canvi en la relaixació magnètica transversal. Li les utilisa per a l'obtenció d'imàgens d'events dinàmics en diagnòstic in vitro (ej: detecció de proteasas, oligonucleótidos, partícules virals, etc).
  • Biosensorés: són modificacions dels nanoswitches, que permeten sensar concentracions de certs analitos en solució (ej: glucosa o calcio) o activitats enzimàtiques.

Image Òptica

[editar | editar còdic]
Artícul principal → Image (òptica).

Existix una gran varietat de formes de generar l'image òptica. Estos métodos depenen de la Fluorescència, la Bioluminiscencia, l'Absorció o la Reflectividad com un recurs de contrast.[2]


La desventaja de les imàgens òptiques és la falta de profunditat de penetració, la qual referix a la capacitat d'una radiació electromagnètica de travessar un teixit determinat, des del seu lloc de generació fins al lloc de detecció. Està relacionada en els fenomens d'absorció i la dispersió de la llum, sent major quant menor siguen estos últims. Existixen a la seua volta cromóforos que es troben dins de l'organisme en teixits (ej: hemoglobina, melanina i lípits) que absorbixen la llum. En general, l'absorció i la dispersió de la llum decreixen quan aumenta la Llongitut d'ona. Per baix dels 700 nm (llongituts d'ona visibles), estos efectes d'absorció i dispersió comporten a una poca penetració de profunditat, de solament uns milímetros. Per lo tant solament en la regió de l'espectre visible solament es poden evaluar teixits superficials. Per damunt dels 900 nm l'aigua interferix en la proporció de la senyal. Açò es deu a que el coeficient d'absorció del teixit és considerablement menor prop del Infrarrojo (IR). A estes llongituts d'ona (700-900 nm) la llum pot penetrar a major profunditat.[3]

En l'actualitat, la creixent disponibilitat de proteïnes fluorescents, tenyides i diverses sondes fluorescents han permés la realisació d'estudis d'expressió genètica, funció proteica, interacció proteïna-proteïna i d'un gran número de processos celulars.[4] Estes sondes en Fluorescència permeten la realisació d'imàgens “in viu”. Entre elles, es troben els fluoróforos propencs al infrarrojo, incloent tenyides com el Kodak X-SIGHT, DyLight 750 i 800, entre uns atres. Els Punts quàntics són nanoestructuras semiconductoras que confinen el moviment dels electrons. Estos tenen fotoestabilidad i poden produir lluentor. Són de gran interés per la seua eficient ajuda per a observar els sistemes circulatori i renal, pero a llarc determini produïxen toxicitat.

Diferents estudis han demostrat l'us de tenyides infrarrojos:

  1. En comparació a la Gammagrafía i la formació d'imàgens INR (Imàgens Químiques), un ciclopentapèptid etiquetat en 111-Indi i un Fluorocromo NIR és utilisat per a l'image d'un xenograma de melanoma positiu.[5]
  2. S'usen RGD propencs al infrarrojo que s'usen per a focalizar diferents càncers.[6]
  1. Un Fluoróforo IR han segut conjugats a Factors de creiximent epidérmico per a mostrar imàgens de tumors creixent.[7]
  2. Els Fluoróforos IR comparats en atres tenyides sugerixen que llongituts d'ona majors produïxen una focalización dels agents més ràpit.[8]
  3. El Pamidronato ha segut marcat en fluoróforos IR i usat per a generar imàgens d'ossos per a detectar l'activitat dels Osteoblastos en un animal.[9]
  4. El fluoróforo IR marcat en GPI és un potent inhibidor de el PSMA (Antígeno específic de la próstata).[10]
  5. L'us d'albúmina marcat en un fluoróforo IR és un agent localisador per a nodos limfàtics que intervenen en càncers.[11]

Ultrasò

[editar | editar còdic]
Artícul principal → Ultrasò.

L'ultrasò (US) és una tècnica d'image senzilla, no invasiva, que utilisa ones de sò d'alta freqüència (1-20MHz) per a l'adquisició d'imàgens en el diagnòstic. Es basa en l'emissió i recepció d'ones i el seu processament per a l'obtenció d'imàgens, permet l'evaluació de músculs i articulacions. La velocitat de propagació de les ones varia segons les característiques del teixit (densitat i compresibilidad), provocant una reflexió diferencial o “eco” que aplegarà al transductor, i una atenuació.[12]

Per a l'obtenció d'imàgens moleculars, s'utilisen diversos Agents de Contrast d'Ultrasò (UCA), els quals són típicament microburbujas de perfluorocarbono o gas nitrogen. Estos poden modificar-se per mig de biotinilado, el qual permet la seua unió a un anticòs, brindant especificidad d'unió a una estructura particular, millorant la retrodispersión i permetent l'obtenció d'imàgens moleculars de millor calitat.


El Microultrasonido (micro-US) és una tècnica específicament desenrollada per a investigació en animals menuts per VisualSonics, la qual utilisa un ranc de freqüències entre 15-80 MHz. Permet delinear chicotetes estructures en una bona resolució espacial i evaluar l'expressió de diversos factors.[13] El seu us en la clínica es veu llimitat, ya que la profunditat de penetració a altes freqüències es veu dràsticament disminuïda, per la gran atenuació per part dels teixits.

Modalitats Radiactives

[editar | editar còdic]

En modalitats PET i SPECT s'utilisen sondes radiactives, mentres que en TAC s'utilisen radiacions electromagnètiques produïdes en un equipament dissenyat a tal fi. En cas de les sondes radiactives, estes poden ser radionucleidos primaris o composts marcats, ya siga isotòpica o no isotópicament. En la marcació isotòpica el radionucleido incorporat és un isòtop de l'element químic estable de la molècula original, mentres que en la no isotòpica el radionucleido incorporat és un element alié a l'estructura química de la molècula marcada.

Radiologia Convencional (Rx)

[editar | editar còdic]
Artícul principal → [[2]].

En la radiologia convencional s'utilisa un tipo de radiació electromagnètica altament penetrant, denominada Rajos X (Rx), per a la formació d'imàgens anatòmiques. Estos rajos posseïxen major energia que la llum visible i menor que els rajos gamma. La metodologia es basa en la capacitat dels distints teixits d'absorbir dits rajos, sent aquells en major densitat o composts per elements de major pes atòmic els que major absorció de la radiació presenten, com és el cas dels ossos. Els teixits blans, com és el cas dels òrguens i vísceres presenten una menor absorció, ya que estan composts per elements de menor pes atòmic. L'image s'obté sobre una placa radiogràfica, producte de les diferències en l'atenuació que la radiació experimenta a través dels teixits..

En esta modalitat se solen utilisar sondes compartimentales, no específiques, denominades "mijos de contrast radiològic", que tenen la capacitat d'absorbir en major o menor grau que els teixits blans dites radiacions. Eixos mijos de contrast radiològics permeten obtindre una representació visual d'estructures, òrguens i cavitats. L'increment de la densitat de contrast en els gots sanguíneus depén exclusivament de la concentració del mig de contrast en la sanc, del fluix sanguíneu regional, la perfusión vascular i la distribució del mateix.

Dits mijos de contrast deuen complir en certs requisits:

  1. No deuen ser tòxics.
  2. No deuen degradar-se o metabolizarse en l'organisme.
  3. En lo possible, deuen ser eliminats ràpidament de l'organisme.
  4. Deuen ser óptimamente tolerats.
  5. Els mijos de contrast per a les vies digestives deuen ser excretados en lo possible, sense absorció per la mucosa digestiva, o en una mínima absorció i que siguen ben tolerats.
  6. La seua ocupació en el diagnòstic deu permetre una absorció òptima dels Rx i produir un bon contrast.
  7. Deuen permanéixer lo suficient en l'organisme investigat o en els sectors vasculars per a permetre l'exploració.

Tomografía Axial Computarizada (TAC)

[editar | editar còdic]
Artícul principal → [[3]].


L'equip d'tomografía computarizado (CT) és un aparat que consta de 3 components principals: un tubo de rajos x, un sistema de detectors, i un sistema informàtic. La base física és similar al sistema de radiologia convencional, en la diferència que la placa radiogràfica és remplazada per detectors. El tubo de rajos X emet un fes colimado que travessa al pacient, emergint un fes atenuat remanente que aplega al detector, ubicat en posició oposta, mentres abdós giren entorn al pacient. La computadora recopila i processa l'informació arreplegada i reconstruïx l'image digital per a mostrar-la en un monitor.[14]

Tomografía Computarizada per Emissió de Fotons Individuals (SPECT)

[editar | editar còdic]
Artícul principal → SPECT.


Archiu:Mouse02-spect.gif
Image SPECT. Marcador en Rata.

El desenroll de la tomografía computarizada en els 70s va permetre generar el mapa de distribució dels radioisòtops en el cervell i va comportar a la tècnica ara anomenada SPECT. Esta modalitat permet la generació d'imàgens funcionals, per mig de l'utilisació de radionucleidos que emet rajos gamma. Existixen diferents tipos de sondes radioisotópicas que poden ser usades depenent de l'aplicació. El Xenón 133, per eixemple, és un gas que servix com un agent marcador de gran utilitat per al diagnòstic de l'evaluació de funcions pulmonars i en la generació d'imàgens cerebrals per a evaluar el fluix sanguíneu d'una regió del cervell.

L'equip de detecció és conegut com Cambra Gamma i permet l'obtenció d'imàgens bidimensionales. Per mig de l'adquisició i processament d'una série d'imàgens 2D en varis ànguls diferents es pot generar imàgens funcionals tridimensionals. Existixen diversos models de cambres gamma, dirigits per a l'us exclusiu d'animals de laboratori o per al seu us en humans. L'equip consta de 4 components principals:

  • Colimador: consistix en un teselado format per tubos hexagonals de plom, que complix la funció de filtre, evitant que aplegue al material centellador tota aquella radiació que no incidixca de forma paralela als orificis que posseïx (ya siga que provinga del mig o de la mateixa font radiactiva dins del pacient). Estes radiacions seran les que alcancen el material centellador, mentres que aquells que incidixen en un atre àngul són absorbits per les parets de plom dels tubos, evitant que apleguen al centellador.
  • Material centellador: és un material (ej: ioduro de sodi) que emet fotons visibles quan els rajos gamma interactuen en ell.
  • Tubos fotomultiplicadores: permeten convertir la senyal de llum produïda pel material centellador a una senyal elèctrica. Per un atre costat, s'associen a un circuit de posicionament, que permet després la formació de l'image.
  • Computadora: processa l'informació, reconstruint una image en la pantalla.

Tomografía per Emissió de Positrones (PET)

[editar | editar còdic]
Artícul principal → Tomografía per emissió de positrones.

La Tomografía per emissió de positrones (PET) és una tècnica de medicina nuclear que permet la generació d'imàgens funcionals. Els radionucleidos que formen part de les sondes utilisades solen tindre un temps de vida mija relativament curt (2-110 minuts aproximadament), tals com 13N, 15O, 18F, i presenten una decaiguda radiactiva de tipo beta positiu, produint un positrón. Quan dit positrón s'aniquila en un electró del mig, s'emeten dos fotons de 511 keV cada u en direccions opostes, formant un àngul de 180°. Els fotons d'aniquilació es detecten en coincidència en el circuit detector de el PET per la qual cosa no es recorre a la colimación absortiva per a la formació de l'image sino a la llínea de resposta que s'establix entre abdós fotons.

És de gran utilitat en l'àrea d'investigació pre-clínica en animals, aixina com en la clínica, per al diagnòstic en pacients oncològics per mig de l'us de 18F-FDG. Atres àrees dins de la medicina utilisen esta metodologia, com és el cas de la neurologia, cardiología, tant en el diagnòstic com per a evaluar la farmacocinética.

Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ Sosnovik, David I, Emerging concepts in molecular MRI, Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:4–10
  2. ↑ Weissleder, R., Mahmood, U., Molecular Imaging, Radiology 2001; 219:316-333. Download PDF
  3. ↑ Olive D.M., Kovar, J.L., Simpson, M.A., Schutz-Geschwender, A., A systematic approach to the development of fluorescent contrast agents for optical imaging of mouse cancer models, Analytical Biochemistry 2007;(367), #1, 1-12. Download PDF
  4. ↑ Annual Review of Biomedical Engineering.8(1)
    1–33.doi:10.1146/annurev.bioeng.8.061505.095831.Consultat el 23 de juny de 2016.
  5. ↑ Houston, J.P., Ke, S. Wang, W., Li, C., and Sevick-Muraca, E.M., J. Biomed. Optics 10, 054010 (2005)
  6. ↑ Chen, K, Xie, J., Chen, X., Molecular Imaging, Vol 8, No 2 (March-April, 2009): pp 65-73. [1] | Download PDF]
  7. ↑ Kovar, J.L., Johnson, M.A., Volcheck, W.M., Chen, J., and Simpson, M.A., Am. J. Pathol. 169, 1415 (2006). «Copia archivada». Archivat des d'el original, el 22 de febrer de 2007. Consultat el 30 de març de 2010. | Download PDF]
  8. ↑ Adams, K.E., Ke, S., Kwan, S., Liang, F., Fan, Z., Lu, Y., Barry, M.A., Mawad, M.E., and Sevick-Muraca, E.M., Journal of Biomedical Optics 12, 024017 (2007).
  9. ↑ Zaheer, A., Lenkinski, R.E., Mahmood, A., Jones, A.G., Cantley, L.C., Frangioni, J.V., Nat. Biotechnol. 19, 1148 (2001).
  10. ↑ Humblet, V., Lapidus, R., Williams, L.R., Tsukamoto, T., Rojas, C., Majer, P., Hin, B., Ohnishi, S., De Grand, A.M., Zaheer, A., Renze, J.T., Nakayama, A., Slusher, B.S., and Frangioni, J.V.. Molecular Imaging 4, 448 (2005).
  11. ↑ Ohnishi, S., Lomnes, S.J., Laurence, R.G., Gogbashian, A., Mariani, G., and Frangioni, J.V., Molecular Imaging 4, 172 (2005).
  12. ↑ Carlos Pineda V., Principis Físics Bàsics de l'Ultrasò, Rev. chil. reumatol. 2009; 25(2):60-66
  13. ↑ Liu H, Chen I, Yan F, Han X, Wu J, Liu X, Zheng H. Ultrasound Molecular Imaging of Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 2 Expression for Endometrial Receptivity Evaluation. Theranostics 2015; 5(2):206-217. doi:10.7150/thno.9847. Available from http://www.thno.org/v05p0206.htm
  14. ↑ S. Hernández Muñiz, Introducció a la tomografía computarizada, Rev Esp Med Nucl. 2006;25(3):206-16


Referències

[editar | editar còdic]


Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Image_molecular&oldid=973514»