التصوير الجزيئي

يتميز التصوير بالرنين المغناطيسي بدقة مكانية عالية جدًا، وهو بارع في التصوير المورفولوجي والوظيفي. مع ذلك، يعاني التصوير بالرنين المغناطيسي من عدة عيوب. أولًا، تبلغ حساسيته حوالي 10⁻³ ^مول /لتر إلى 10⁻⁵ ^مول /لتر، وهو ما قد يكون محدودًا للغاية مقارنةً بأنواع التصوير الأخرى. تنبع هذه المشكلة من ضآلة الفرق بين الذرات في حالة الطاقة العالية وحالة الطاقة المنخفضة. على سبيل المثال، عند 1.5 تسلا ، وهي شدة مجال نموذجية للتصوير بالرنين المغناطيسي السريري، يبلغ الفرق بين حالتي الطاقة العالية والمنخفضة حوالي 9 جزيئات لكل مليوني ذرة. تشمل التحسينات لزيادة حساسية التصوير بالرنين المغناطيسي زيادة شدة المجال المغناطيسي، والاستقطاب الفائق عبر الضخ الضوئي، والاستقطاب النووي الديناميكي ، أو الاستقطاب الناتج عن الباراهيدروجين . كما توجد أيضًا مجموعة متنوعة من مخططات تضخيم الإشارة القائمة على التبادل الكيميائي والتي تزيد من الحساسية. ^{[ 1 ]}

لتحقيق التصوير الجزيئي للعلامات الحيوية للأمراض باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، يلزم استخدام عوامل تباين موجهة للتصوير بالرنين المغناطيسي تتميز بخصوصية عالية وحساسية عالية. وقد خُصصت العديد من الدراسات لتطوير عوامل تباين موجهة للتصوير بالرنين المغناطيسي بهدف تحقيق التصوير الجزيئي. ويُستخدم عادةً الببتيدات أو الأجسام المضادة أو الروابط الصغيرة، بالإضافة إلى نطاقات بروتينية صغيرة، مثل الأجسام المضادة لـ HER-2، لتحقيق الاستهداف. ولتعزيز حساسية عوامل التباين، تُربط هذه الجزيئات الموجهة عادةً بعوامل تباين عالية الحمولة أو عوامل تباين ذات حساسية عالية. ^{[ 2 ]} وعلى وجه الخصوص، سمح التطور الحديث لجزيئات أكسيد الحديد الميكرونية (MPIO) بالوصول إلى مستويات غير مسبوقة من الحساسية للكشف عن البروتينات التي تُفرزها الشرايين والأوردة. ^{[ 3 ]}

توجد عدة طرق مستخدمة في التصوير البصري. وتعتمد الطرق المختلفة على التألق ، أو التألق البيولوجي ، أو الامتصاص ، أو الانعكاس كمصدر للتباين. ^{[ 4 ]}

إن أهم ما يميز التصوير البصري هو أنه والموجات فوق الصوتية لا يثيران مخاوف تتعلق بالسلامة مثل طرق التصوير الطبي الأخرى.

من عيوب التصوير البصري محدودية عمق الاختراق، خاصةً عند العمل بأطوال موجية مرئية. يرتبط عمق الاختراق بامتصاص الضوء وتشتته، وهو ما يعتمد أساسًا على طول موجة مصدر الإثارة. يمتص الضوء بواسطة الصبغات الذاتية الموجودة في الأنسجة الحية (مثل الهيموجلوبين والميلانين والدهون). وبشكل عام، يقل امتصاص الضوء وتشتته مع ازدياد الطول الموجي. عند أطوال موجية أقل من 700  نانومتر تقريبًا (مثل الأطوال الموجية المرئية)، ينتج عن هذه التأثيرات عمق اختراق ضحل لا يتجاوز بضعة ملليمترات. وبالتالي، في المنطقة المرئية من الطيف، لا يمكن سوى تقييم سطحي لخصائص الأنسجة. عند أطوال موجية أعلى من 900  نانومتر، قد يؤثر امتصاص الماء على نسبة الإشارة إلى الضوضاء. ولأن معامل امتصاص الأنسجة أقل بكثير في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة (700-900  نانومتر)، يمكن للضوء أن يخترق بعمق أكبر، ليصل إلى عدة سنتيمترات. ^{[ 5 ]}

تُعدّ المجسات والعلامات الفلورية أداةً مهمةً للتصوير البصري. وقد طبّق بعض الباحثين التصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة في نموذج الفئران المصابة باحتشاء عضلة القلب الحاد، باستخدام مجس ببتيدي قادر على الارتباط بالخلايا الميتة استماتةً أو نخرًا. ^{[ 6 ]} استُخدم عدد من الفلوروفورات القريبة من الأشعة تحت الحمراء للتصوير الحيوي، بما في ذلك أصباغ ومقترنات كوداك إكس-سايت، و Pz 247، وفلورات DyLight 750 و800، وفلورات Cy 5.5 و7، وأصباغ Alexa Fluor 680 و750، وفلورات IRDye 680 و800CW. وقد حظيت النقاط الكمومية، بثباتها الضوئي وانبعاثاتها الساطعة، باهتمام كبير؛ إلا أن حجمها الكبير يحول دون إزالتها بكفاءة من الجهازين الدوري والكلوي، فضلًا عن سميتها على المدى الطويل .

أظهرت العديد من الدراسات استخدام المجسات الموسومة بصبغة الأشعة تحت الحمراء في التصوير البصري.

1. في مقارنة بين التصوير الومضاني بأشعة غاما والتصوير بالأشعة تحت الحمراء القريبة، تم استخدام ببتيد حلقي خماسي موسوم بشكل مزدوج بـ ¹¹¹تم استخدام فلوروفور NIR لتصوير زرعات الورم الميلانيني الإيجابية لـ αvβ3- integrin . ^{[ 7 ]}
2. استُخدمت جزيئات RGD الموسومة بالأشعة تحت الحمراء القريبة والتي تستهدف إنتغرين αvβ3 في العديد من الدراسات لاستهداف مجموعة متنوعة من أنواع السرطان. ^{[ 8 ]}
3. تم ربط فلوروفور يعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة بعامل نمو البشرة (EGF) لتصوير تطور الورم. ^{[ 9 ]}
4. تمت مقارنة فلوروفور الأشعة تحت الحمراء القريبة مع Cy5.5، مما يشير إلى أن الأصباغ ذات الأطوال الموجية الأطول قد تنتج عوامل استهداف أكثر فعالية للتصوير البصري. ^{[ 10 ]}
5. تم وسم الباميدرونات بفلوروفور يعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة واستُخدم كعامل تصوير للعظام للكشف عن نشاط الخلايا العظمية في حيوان حي. ^{[ 11 ]}
6. مركب GPI موسوم بفلوروفور NIR، وهو مثبط قوي لمستضد غشاء البروستاتا النوعي (PSMA). ^{[ 12 ]}
7. استخدام ألبومين مصل الدم البشري الموسوم بفلوروفور الأشعة تحت الحمراء القريبة كعامل تتبع لرسم خرائط العقد الليمفاوية الخافرة. ^{[ 13 ]}
8. 2-ديوكسي-د-جلوكوز موسوم بفلوروفور الأشعة تحت الحمراء القريبة. ^{[ 14 ]}

إن إضافة مسبار NIR إلى أي ناقل يمكن أن يغير التوافق الحيوي والتوزيع الحيوي للناقل؛ ولا يمكن افتراض أن الناقل المقترن سيتصرف بشكل مشابه للشكل الأصلي.

لقد سمح تطوير التصوير المقطعي المحوسب في السبعينيات برسم خريطة لتوزيع النظائر المشعة في العضو أو النسيج، وأدى إلى التقنية التي تسمى الآن التصوير المقطعي المحوسب بانبعاث الفوتون المفرد (SPECT).

يُصدر عامل التصوير المستخدم في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني أشعة جاما، على عكس مُصدرات البوزيترون (مثل ^18).يُستخدم الفلوريد (F ) في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). وهناك مجموعة من المواد المشعة (مثل ^99m).Tc ، ¹¹¹في عام ¹²³أنا ، ²⁰¹Te ) التي يمكن استخدامها، اعتمادًا على التطبيق المحدد.

زينون ( ¹³³يُعد غاز الزينون (Xe ) أحد هذه المواد المشعة. وقد ثبتت فائدته في دراسات الاستنشاق التشخيصية لتقييم وظائف الرئة، وتصوير الرئتين، ويمكن استخدامه أيضًا لتقييم تدفق الدم الدماغي الإقليمي (rCBF). ويتم الكشف عن هذا الغاز بواسطة كاميرا غاما ، وهي عبارة عن كاشف وميضي يتكون من مُجمِّع أشعة، وبلورة يوديد الصوديوم (NaI)، ومجموعة من أنابيب التضخيم الضوئي.

من خلال تدوير كاميرا جاما حول المريض، يمكن الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد لتوزيع المادة المشعة باستخدام تقنية الإسقاط الخلفي المُصفّى أو تقنيات التصوير المقطعي الأخرى. تتميز النظائر المشعة المستخدمة في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (SPECT) بنصف عمر طويل نسبيًا (من بضع ساعات إلى بضعة أيام)، مما يجعل إنتاجها سهلًا ورخيصًا نسبيًا. وهذا يمثل الميزة الرئيسية لتقنية SPECT كتقنية تصوير جزيئي، نظرًا لأنها أرخص بكثير من التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) أو التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI). مع ذلك، تفتقر هذه التقنية إلى دقة مكانية (أي تحديد موقع الجسيم بدقة) أو زمنية (أي تحديد وقت ظهور إشارة عامل التباين). بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا للنشاط الإشعاعي لعامل التباين، توجد اعتبارات تتعلق بالسلامة عند إعطاء النظائر المشعة للمريض، خاصةً في الدراسات المتكررة.

التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) هو تقنية تصوير في الطب النووي تُنتج صورة ثلاثية الأبعاد للعمليات الوظيفية في الجسم. النظرية الكامنة وراء هذه التقنية بسيطة. أولًا، تُوسم جزيئة بنظير مُشعّ يُصدر البوزيترونات. تتفاعل هذه البوزيترونات مع الإلكترونات المجاورة، مُصدرةً فوتونين بطاقة 511 كيلو إلكترون فولت، مُوجهين بزاوية 180 درجة في اتجاهين متعاكسين. ثم يكشف الماسح الضوئي هذه الفوتونات، ويُقدّر كثافة تفاعلات البوزيترونات في منطقة مُحددة. عندما يحدث عدد كافٍ من التفاعلات والتفاعلات، يُمكن قياس كثافة الجزيئة الأصلية في تلك المنطقة. من النظائر الشائعة ¹¹ج ، ¹³N , ¹⁵0 ، ¹⁸F ، ⁶⁴Cu , ⁶²Cu , ¹²⁴أنا ، ⁷⁶بر ، ⁸²Rb , ⁸⁹Zr و ⁶⁸جورجيا ، مع ¹⁸يُعدّ الفلور-18 الأكثر استخدامًا سريريًا. من أبرز عيوب التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) أن معظم المجسات تُصنع باستخدام السيكلوترون. كما أن عمر النصف لمعظم هذه المجسات يُقاس بالساعات، مما يستلزم وجود السيكلوترون في الموقع. هذه العوامل قد تجعل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني مكلفًا للغاية. مع ذلك، يتمتع التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني بالعديد من المزايا، أهمها حساسيته العالية: إذ يمكن لجهاز التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني النموذجي الكشف عن تراكيز تتراوح بين 10⁻¹¹ ^{مول /} لتر و10⁻¹² ^{مول /} لتر.