Molekylær bildebehandling
Den molekylære avbildning er navnet gitt til en ny avbildning disiplin mellom molekylærbiologi og cellebiologi .
Det tar i hovedsak sikte på å observere funksjonene til organer og organismer in vivo med minst mulig invasive midler eller forstyrre så lite som mulig organismer som er observert eller vevskulturer produsert fra disse organismer.
Historie
Grunnlaget for denne nylige disiplinen kommer hovedsakelig fra kunnskapen og kunnskapen som er oppnådd under den nylige utviklingen innen fluorescensbilder (fremdeles ikke overførbar til mennesker, fordi det krever en genetisk modifisering av celler for å få dem til å produsere proteiner. Fluorescerende ), tomografi og datamaskin vitenskap brukt til bildebehandling .
Det kan være et stillbilde, 3D-rekonstruksjon, bevegelige bilder ...
Prinsipper
Molekylær bildebehandling samler bildebehandlingsteknikker eller kombinasjoner av forskjellige teknikker for å visualisere, in vivo :
- cellulær funksjon;
- molekylære prosesser (vitale eller sykelige, intra eller intercellular, som skyldes eller ikke skyldes interaksjoner med patogener, helingsprosess, regenerering, etc. )
For dette brukes to muligens komplementære midler:
- enheter som er i stand til å se gjennom kroppen (røntgen, ultralyd, infrarød, tomografi, etc.). I noen tilfeller er tykkelsen på vevet som skal krysses av kameraet ikke lenger begrensende (dette er tilfelle for radioaktive sporstoffer som sender ut fotoner ved 511 keV , som svekkes svakt av vevet og tillater femtomolar presisjon);
- av markører , sonder eller markører , forskjellige (naturens farvestoffer , kontrastmidler , radioaktiv markør eller gjennomskinnelige til X-stråler , fluorescerende emulsjons som sentidye , fluorescerende protein eventuelt fremstilt in situ av kroppen etter at den er blitt genetisk modifisert ( laboratoriemus f.eks )
Disse produktene (injisert, inntatt eller produsert av en organisme som er genetisk modifisert for dette) er rettet mot et organ, en celletype eller et bestemt molekyl som dermed vil bli fremhevet ved avbildning.
Nytte
Disse teknikkene tillater det
- synliggjøre in vivo visse makromolekyler , proteiner eller DNA eller andre interessante molekyler (via spesialiserte markører);
- synliggjøre in vivo- celler (og til og med forskjellige deler av en celle, ved å fargelegge dem forskjellig), strukturer og nettverk (for eksempel ved hjelp av fluorescerende markører, som spesielt gjør det mulig å visualisere nevroner eller nevrale nettverk i sin sammenheng).
Det er således ofte mulig (når kreften er på overflaten eller i underkant av veggen av et organ, som ofte er tilfelle) for å skille tydelig mellom (med forskjellige farger) friske og tumorøse deler av et organ under utvikling. Cancerization , hvilken vil gjøre det mulig for onkologen og kirurgen å avgrense diagnosen da, eller å begrense eksisjonen til det som er strengt nødvendig, eller for bedre å målrette en strålebehandling. For øyeblikket er ikke live observasjon av det levende organet under operasjonen mulig, men det er en av veiene som utforskes av molekylær bildebehandling;
- observer effekten av visse patogener;
- observer effekten av narkotika;
- observer kinetikken til et giftstoff, et hormon osv.
Bildekvalitet og presisjon
For hver metode avhenger bildets kvalitet og glatthet av mange faktorer, inkludert:
- overflate- eller dybdebehandling;
- 2D- eller 3D-bildebehandling;
-
eksponeringstid og mulig bevegelse av den observerte organismen;
- type bilder;
- observasjonsskala;
- antall og tetthet av molekyler eller målceller (og ikke lenger antall molekyler i sporstoffet);
- følsomhet for observasjonsutstyr (mange enheter har nå lave grenser ved femtomolar skala (1 × 10 −15 mol L −1 );
- kvaliteten på datamaskinens prosessering av bildet, kontrastforbedring, automatisk eliminering av en del av uskarpheten, reduksjon av "støyen" i bildet, og spesielt "bakgrunnsstøyen" indusert av sporingsmolekylene som ikke er festet på mål og fortsatt i omløp osv.).
Usikkerhet og grenser
Selv om disse metodene sies å være ikke-invasive, og de utgjør et bemerkelsesverdig fremskritt innen bildebehandling, er det noen ganger vanskelig å være sikker på at oppførselen til organismen ikke blir modifisert av sporstoffene, eller midler til 'undersøkelse ( ultralyd , X -stråler , radioaktivitet for TEMP og PET ) eller viktigheten av det elektromagnetiske feltet som genereres av en skanner.
Interkalibrering av materialer og sammenligning av resultater fra forskjellige teknikker kan også bidra til å identifisere måten disse begrensningene påvirker organismen eller ikke, og på hvilke skalaer.
Fremtidig
- Det forventes kostnadsreduksjoner sammenlignet med forbedret nøyaktighet.
- Fremskritt innen databehandling, lysforsterkning, sensorer og datamaskiner bør tillate sanntidsbildebehandling, automatisering av visse komplekse bildebehandlingsprosesser, påvisning av avvik eller patologier.
- Av "fremgang" forventes det også sidemarkører med fluorescerende nanomerking (nanokrystaller av halvledere ), som imidlertid kan utgjøre toksisitetsproblemer .
- Den kombinerte bruken av flere bildemoduser skal gjøre det mulig å produsere bedre korrigerte bilder (for diffusjon av stråling i vev, støy osv. ) Og muligens i 3D og animerte, og med mye bedre kvalitet fremdeles, med beriket metainformasjon for hver piksel i bildet: informasjon om temperatur, molekylær natur, tilstand osv. kan assosieres med hver piksel .
- Fluorescensmikroskopi bør gjøre ytterligere fremgang, spesielt for observasjon av overflater: hud, slimhinner, overflater av hule organer observert gjennom linsene til mikroskop som transporteres av endoskopet i selve kroppen osv. Nye fluorescerende markører blir søkt i bølgelengdene som ligger mellom det nærmeste infrarøde og dyprøde (fordi disse bølgelengdene, mellom 650 og 900 nm , tilsvarer den maksimale sirkulasjonen av lys i en organisme rik på vann. Og hemoglobin), og det er ved disse bølgelengder som menneskelige vev i seg selv er minst naturlig fluorescerende (som reduserer "bakgrunnsstøyen" som ellers forstyrrer bildet).
- Laser og nye typer "smarte" linser kan være i stand til å miniatyrisere noen "bilder" uten tap av kvalitet.
- Kunstig intelligens brukt på bildebehandling kan forbedre både kvaliteten på bildet og kvaliteten på diagnosen eller informasjonen den muliggjør.
Opplæring
En europeisk mastergrad ble opprettet på grunnlag av EMIL ( European Molecular Imaging Laboratories ) nettverk av fortreffelighet , og har siden 2004 samlet 59 forskningsinstitusjoner (offentlige og private).
Merknader og referanser
-
(in) Tsien, Roger Y. "Constructing and exploiting the fluorescent protein paintbox (Nobel Lecture)" Angewandte Chemie International Edition 2009, 48 (31): 5612-26.
-
(i) Frangioni, John V. " In vivo near-infrared fluorescence imaging" Nåværende mening i kjemisk biologi 2003; 7 (5): 626-634. PMID 14580568
-
Offisiell portal for EMMI ( European Master in Molecular Imaging ) European master (M1 + M2) dedikert til molekylær bildebehandling
Se også
Bibliografi
-
(en) Hutchens, M. og Luker, GD (2007). Anvendelser av bioluminescensavbildning til studiet av smittsomme sykdommer. Cellular Microbiology 9, 2315-2322.
-
(no) Chaudhari, AJ, Darvas, F., Bading, JR, Moats, RA, Conti, PS, Smith, DJ, Cherry, SR og Leahy, RM (2005) Hyperspektral og multispektral bioluminescens optisk tomografi for bildyr av små dyr . Fysikk i medisin og biologi 50, 5421-5441.
-
(en) Wang, G., Li, Y. og Jiang, M. (2004) Unikt setninger i bioluminescens tomografi . Medisinsk fysikk , 31, 2289.
Relaterte artikler