Imagen molecular

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Las Imágenes Moleculares son la formación de imágenes a nivel molecular que se origina del campo de la radio-farmacología debido a la necesidad de un mejor entendimiento de los caminos (o trayectorias) moleculares fundamentales en los organismos de una manera no invasiva.

General[editar]

La formación de imágenes a nivel molecular se genera al principio del siglo 21 como una disciplina entre la Biología molecular y la formación de imágenes in vivo. Permite la visualización de la función celular y el seguimiento de los procesos moleculares en organismos vivos sin perturbarlos. Las diversas posibilidades en este campo son aplicables al diagnóstico de enfermedades como el Cáncer, y enfermedades neurológicas y cardiovasculares. Esta técnica mejora el diagnóstico y tratamiento temprano de estas enfermedades. La formación de imágenes a nivel funcional y molecular ha tomado una nueva dirección desde la descripción del genoma humano. Nuevas investigaciones, incluyendo a nivel industrial, ha incrementado a nivel científico la demanda de este método. Se han estado generando programas para esto.

La formación de imágenes moleculares se diferencia de la formación de imágenes tradicional. En la formación de imágenes moleculares se usan biomarcadores que son usados para generar la imagen de objetivos particulares o trayectorias. En medicina un biomarcador es el término que se usa para referirse a una proteína de una cantidad mesurada en la sangre cuya concentración refleja la severidad o presencia de cierto estado de una enfermedad. Puede ser también introducido en un organismo para examinar la función de un órgano u otros aspectos relacionados con la salud, puede ser un isotopo radioactivo que permita localizar el problema a tratar. Los biomarcadores interactúan químicamente con su alrededor y conlleva a alterar la imagen a formar de acuerdo con los cambios moleculares que ocurren en el área de interés a analizar. Este proceso es muy diferente de métodos previos de formación de imágenes donde la formación de esta a nivel molecular difiere de las otras en calidad como densidad o contenido de agua. Esta habilidad para formar imágenes de cambios a nivel molecular genera una gran variedad de posibilidades a nivel médico como la ya mencionada detección temprana de enfermedades y para desarrollo farmacéutico. Además, las imágenes moleculares permiten estudios cuantitativos impartiendo un mayor grado de objetividad en el estudio de estas áreas. Una tecnología emergente es MALDI-TOF que es la formación de imágenes a nivel molecular por medio de la Espectrometria de masas.

Diferentes áreas de investigación están siendo conducidas en el campo de la formación de imágenes moleculares. La mayoría de la investigación esta centrada en detectar lo que es conocido como un estado de pre-enfermedad o estados moleculares que ocurren antes de que síntomas usuales de una enfermedad. Otros caminos que se han tomado es de la formación de imágenes de la expresión de genes y el desarrollo de novedosos biomarcadores. Organizaciones como la Sociedad de Medicina Nuclear y el MICoE (Molecular Imaging Center of Excellence) han generado apoyo en el desarrollo de este campo. En Europa diferentes organizaciones también trabajan en este nuevo campo para generar profesionales.

Recientemente el término "imagen molecular" se ha aplicado a una gran variedad de técnicas de microscopia y nanoscopia entre las cuales están microscopia-TIRF (Total Internal Reflection Fluorescence), nanoscopia-STED (STimulated Emission Depletion) y Microscopia de Fuerza Atómica.

Modalidades de Formación de Imágenes[editar]

Existen diferentes modalidades que sirven para la formación de imágenes moleculares de una manera no invasiva.

Imagen por Resonancia Magnética[editar]

La imagen por resonancia magnética (MRI) tiene la ventaja de una alta resolución espacial y es muy útil para imágenes morfológicas y funcionales. Pero la MRI también tiene desventajas. La MRI tiene una sensibilidad de alrededor de de 10-3 mol/L a 10-5 mol/L, el cual comparado con otros tipos de formación de imágenes, puede ser muy limitante. Mejoras para incrementar la sensibilidad de la MRI incluye la hiperpolarización para incrementar la fuerza del Campo magnético, "bombeo óptico" y la polarización dinámica nuclear. Existen también unos esquemas de amplificación de señales basados en el intercambio químico que incrementan la sensibilidad.

Imagen Óptica[editar]

Existe una gran variedad de formas de generar la imagen óptica. Estos métodos dependen de la Fluorescencia, la Bioluminiscencia, la Absorción o la Reflectividad como un recurso de contraste.[1]

La desventaja de las imágenes ópticas es la falta de profundidad de penetración. La profundidad de penetración tiene que ver con la absorción y la dispersión de la luz. La luz es absorbida por los cromóforos que se encuentran dentro del organismo en tejidos (ej: hemoglobina, melanina y lípidos). En general, la absorción y la dispersión de la luz decrece cuando aumenta la Longitud de onda. Por debajo de los 700 nm (longitudes de onda visibles), estos efectos de absorción y dispersión conllevan a una poca penetración de profundidad, de solamente unos milímetros. Por lo tanto solo en la región del espectro visible solo se pueden evaluar tejidos superficiales. Por encima de los 900 nm el agua interfiere en la proporción de la señal. Esto es debido a que el coeficiente de absorción del tejido es considerablemente menor cerca del Infrarrojo (IR). A estas longitudes de onda (700-900 nm) la luz puede penetrar a mayor profundidad.[2]

Las etiquetas y sondas con Fluorescencia para la realización de imágenes. Fluoroforos cercanos al infrarrojo se utilizan para la formación de imágenes "in vivo" incluyendo tintes como el Kodak X-SIGHT, DyLight 750 y 800, entre otros. Los Puntos cuánticos son nanoestructuras semiconductoras que confinan el movimiento de los electrones. Estos tienen fotoestabilidad y pueden producir brillo. Son de gran interés debido a su eficiente ayuda para observar los sistemas circulatorio y renal, pero a largo plazo producen toxicidad.

Diferentes estudios han demostrado el uso de tintes infrarrojos:

  1. En comparación con la Gammagrafía y la formación de imágenes INR (Imágenes Químicas), un ciclopentapéptido etiquetado con 111indium y un Fluorocromo NIR es utilizado para la imagen de un xenograma de melanoma positivo.[3]
  2. Se usan RGD cercanos al infrarrojo que se usan para focalizar diferentes cánceres.[4]
  3. Un Fluoróforo IR han sido conjugados a Factores de crecimiento epidérmico para mostrar imágenes de tumores creciendo.[5]
  4. Los Fluoroforos IR comparados con otros tintes sugieren que longitudes de onda mayores producen una focalización de los agentes más rápido.[6]
  5. El Pamidronato ha sido marcado con fluoróforos IR y usado para generar imágenes de huesos para detectar la actividad de los Osteoblastos en un animal.[7]
  6. El fluoróforo IR marcado con GPI es un potente inhibidor del PSMA (Antígeno específico de la próstata).[8]
  7. El uso de albumina marcado con un fluoroforo IR es un agente localizador para nodos linfáticos que intervienen en cánceres.[9]

Tomografía Computarizada por Emisión de Fotones Individuales[editar]

Imagen SPECT. Marcador en Ratón.

El propósito principal de usar SPECT cuando se generan imágenes cerebrales es para medir el flujo de una región del cerebro. El desarrollo de la tomografía computarizada en los 70s permitió generar el mapa de distribución de los radioisótopos en el cerebro y conllevo a la técnica ahora llamada SPECT.

El agente usado en SPECT emite rayos gamma. Existen diferentes tipos de agentes marcadores (radiotracers) que pueden ser usados dependiendo de la aplicación. El Xenón es un gas que sirve como un agente marcador. Este es de gran utilidad para el diagnóstico de la evaluación de funciones pulmonares. La detección de este gas se realiza por medio de una Cámara gamma. Al rotar la cámara gamma alrededor de la cabeza, se genera una imagen tridimensional de la distribución del agente marcador.

Tomografía por Emisión de Positrones[editar]

La Tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica de generación de imágenes de la medicina nuclear que produce una imagen tridimensional o una fotografía del proceso funcional del cuerpo. Una molécula es marcada con un positrón. Estos positrones "cancelan" los electrones cercanos emitiendo dos fotones de 511000 eV que se dirigen en 180 grados aparte el uno del otro. Estos fotones son detectados por el escáner el cual puede estimar la densidad de positrones en un área específica. Cuando se han realizado suficientes interacciones se puede medir el área de la molécula original. Este tipo de método permite medir la actividad metabólica del cuerpo.

Ultrasonido[editar]

El ultrasonido es un método complicado y que aún se encuentra en etapa de investigación.

Ver[editar]

EMMI European Master in Molecular Imaging

Referencias[editar]

  1. Weissleder, R., Mahmood, U., Molecular Imaging, Radiology 2001; 219:316-333. Download PDF
  2. 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
  3. Houston, J.P., Ke, S. Wang, W., Li, C., and Sevick-Muraca, E.M., J. Biomed. Optics 10, 054010 (2005)
  4. Chen, K, Xie, J., Chen, X., Molecular Imaging, Vol 8, No 2 (March-April, 2009): pp 65-73. [1] | Download PDF]
  5. Kovar, J.L., Johnson, M.A., Volcheck, W.M., Chen, J., and Simpson, M.A., Am. J. Pathol. 169, 1415 (2006). [2] | Download PDF]
  6. 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).
  7. Zaheer, A., Lenkinski, R.E., Mahmood, A., Jones, A.G., Cantley, L.C., Frangioni, J.V., Nat. Biotechnol. 19, 1148 (2001).
  8. 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).
  9. Ohnishi, S., Lomnes, S.J., Laurence, R.G., Gogbashian, A., Mariani, G., and Frangioni, J.V., Molecular Imaging 4, 172 (2005).

Otras Lecturas[editar]

  1. Fuchs V.R.,Sox H.C. Jr., Health Affairs 2001: 20(5), 30–42
  2. Weissleder R, Mahmood U. Molecular imaging, Radiology 2001: 219:316-333
  3. Piwnica-worms D, Luker KE. Imaging Protein-protein interactions in whole cells and living animals. Ernst Schering Res Found Workshop. 2005;(49):35-41.
  4. Massoud TF, Gambhir SS. Molecular imaging in living subjects: seeing fundamental biological processes in a new light, Genes & Development 2003: 545-580

Links[editar]

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