Molekularno oslikavanje

Molekularni imaging predstavlja novu medicinsku disciplinu koja ujedinjuje staničnu i molekularnu biologiju. Klinička primjena molekularnog imaginga zahtijeva koordinaciju molekularne medicine , MRI i UZV-a. Do sada uglavnom u svijetu, molekularna medicina koristi uređaje SPEC (single photon emission cpmputer tomography) i PET (positron emission tomography). Uvođenjem molekularnog imaginga rana dijagnoza bolesti biti će moguća jer patološkae promjene na molekularnom (staničnom ) nivou, uvijek se javljaju prije anatomskih (strukturalno morfoloških) promjena. U odnosu na standardni dijagnostički imaging, uz pomoć kojega se dobiva morfološka slika, odnosno prikaz stanja, koji je rezultat određene bolesti, molekularni imaging ispituje specifične molekularne abnormalnosti.

Primjena molekularnog maginga je dvojaka:

• Dijagnostički imaging – određivanje lokalizaicije i količine ciljanih molekula (odnosno stanica) specifičnih za bolest koja se ispituje.
• Terapijska primjena, koja se koristi za ciljani tretman liječenje bolesnih molekula –stanica.

Primjena dijagnostičkog imaginga ovisi od mogućnosti molekularnog biologa da odredi mjesta specifičnih receptora ciljanih molekula koje karakteriziraju određenu bolest koja se želi liječiti, koja će se selektivno vezati za molekulu. Smatra se da ako molekularni agens pogodi specifično bolesnu stanicu može biti udružen sa supstancom koja će prenositi terapiju, takođe do ciljanih stanica. Molekularni imaging, kada se koristi u dijagnostičke svrhe signifikantno će poboljšati preživljavanje, kao i tačnost otkrivanja bolesti i njenoj proširenosti. Izvođači moraju imati fundamentalna znanja iz bazične, stanične i molekularne biologije, ali moraju takođe biti certificirani kao specijalisti pojedinih segmenata dijagnostičkih disciplina (MRI, UZ, molekularna medicina).

RAZVOJ  MOLEKULARNOG OSLIKAVANJA U EVROPSKOJ  RADIOLOŠKOJ ZAJEDNICI

Opća sagledavanja

Molekularno oslikavanje (MI) može biti definirano kao:

• Nauka za in vivo ekstrakciju bioloških informacija rastvorenih u vremenu i prostoru 
• Tehnike za, direktno ili indirektno, nadziranje i snimanje prostorno-vremenske distribucije molekularnih i ćelijskih procesa za biohemijske, biološke, dijagnostičke ili terapeutske aplikacije 
• Vizualno prikazivanje, karakterizacija i kvantifikacija bioloških procesa na ćelijskim i pod-ćelijskim nivoima u netaknutim živućim organizmima

Skoriji dolazak istraživanja molekularnog oslikavanja u radiološku zajednicu je rezultat pratećeg razvoja u ćelijskoj i molekularnoj biologiji, u genomici i proteomici, u nanotehnologijama i povećanoj profinjenosti u svim našim tehnologijama oslikavanja, kombinirano sa velikom raznolikošću u novim kontrastnim agentima (agent) i sondama (probes). Do sada, radiološki pregled je bio vršen kada se sumnjalo da je bolest utvrdila promjenu u anatomiji, strukturi ili funkciji jednog ili više organa ili sistema. Ovaj događaj se javlja relativno kasno u procesu bolesti. MI može dozvoliti značajno dijagnostičko predviđanje sa ogromnim utjecajem na kliničku praksu i skrining programe. Kombiniranje tehnika oslikavanja sa biološkim ciljevima nije novi koncept jer se isti već vršio mnogo godina u svijetu nuklearne medicine (u osnovi, sa razvojem pozitronske emisijske tomografije, PET). Međutim, upotreba takve kombinacije u radiološkoj zajednici potiče poteškoće u biti zbog nivoa osnovnog potrebnog znanja. Čak iako je molekularno oslikavanje već pokazalo potencijal u nekoliko kliničkih aplikacija, još uvijek se smatra poljem osnovnog istraživanja na malim životinjama.

Molekularno oslikavanje mora biti smatrano kao glavna prilika i prirodna evolucija za radiologe zahvaljujući povećanoj prostornoj rezoluciji naših sadašnjih tehnika oslikavanja, i razvoju sistema hibridnog oslikavanja i novih sondi (probes):

• Ono otvara široka nova polja istraživanja i dovodi nove potencijalne kliničke aplikacije medicinskog oslikavanja
• Ono postavlja – kao nikada prije – radiološko oslikavanje u centar dijagnosticiranja i menadžmenta pacijenta
• Ono može reorijentirati, u budućnosti, „medicinsko oslikavanje“ (i medicinske nauke uopće) sa svojom tradicionalnom segmentacijom u pod-specijalizacije bazirane na organima ka „biomedicinskom oslikavanju„ sa transverzalnijom segmentacijom zasnovanom na biološkim procesima
• Ono će promijeniti sadržaj i strukturu budućih edukacionih programa za naše mlade radiologe
• Ono će motivisati edukaciju i straživanje da postanu više multidisciplinarni i, dugoročno, ono će promijeniti našu kliničku praksu Stoga, ono sada postaje bitno za radiologe da preuzmu važnu ulogu na polju MI. Njihovo uključivanje će se morati fokusirati na osnovne i predkliničke razvoje, i pripremiti specijalizaciju da bi bila spremna, u skoroj budućnosti, za klinički prelaz. Međutim, uvođenje ovog procesa će zahtijevati mnogo duži razvojni period nego što je bilo potrebno kada su uvođene prehodne nove tehnologije. Treba pratiti više postepeni pristup od laboratorija oslikavanja, u kojim je MI oslikavanje inicijalno razvijeno, do drugih akademskih institucija, glavnih bolnica, do konačnog dosezanja centara u kojima nisu ležeći pacijenti (domovi zdravlja i ambulante). Historijski, predklinički razvoj X-zraka, ultrazvuka, CT i MR oslikavanja postignuto je od strane inžinjera i fizičara. Radiolozi su imali te alate u svojim rukama iz historijskih razloga i oni su doprinijeli više u kliničkom usavršavanju polja apliciranja nego u pred-kliničkom radu.

Dobro je poznat fenomen da dominacija novom tehnikom pripada onim koji postaju najviše uključeni u faze njenog istraživanja i razvoja. Kao i u prošlosti za druge tehnike oslikavanja, MI može postati izvor „borbe“ između specijalizacija. Kliničke specijalizacije takođe razvijaju strategije da se uključe u ovo polje koje je obavezno za razvoj njihovih tema istraćivanja. Ovo nadmetanje će se pojačati u skladu sa širenjem u kliničkoj praksi. Radiolozi su akumulirali znanje i ekspertizu u većini tehnologija oslikavanja, u patofiziologiji i evoluciji bolesti, u menadžmentu pacijenta i intrvencijama vođenim slikom.

Utjecaj na organizaciju radiologije

Moderna medicina progresivno ide ka suočavanju sa specifičnim tipovima bolesti (degenerativnim, upalnim, zaraznim, kanceroznim, itd.) na multidisciplinaran način. Stoga, istraživanje oslikavanja bi se moglo podudarati sa takvim novim razvojima sa mogućim utjecajem na segmentaciju kliničkog oslikavanja. Razvoj programa istraživanja i edukacije u tom polju u sklopu akademskih odjela zahtijeva formiranje „grupa za multidisciplinarno oslikavanje“ sa kemičarima (da razviju i obezbijede nove obilježivače (tracers) i agente za identifikaciju specifičnih ciljeva ili dostavu produkata), ćelijskim i molekularnim biolozima (da definiraju nove funkcionalne ciljeve koji se mogu oslikati), fizičarima (da optimiziraju postojeće sisteme oslikavanja i razviju nove tehnike), informatičarima (da razviju program (software) za procesuiranje signala i slike i za in vivo kvantifikaciju bioloških procesa) i naučnicima iz drugih disciplina u zavisnosti od sistema koji se razvijaju (optika, nanotehnologija, inžinjering, itd.).

Utjecaj na edukaciju

Osnovni nivo znanja treba biti uklopljen u programe treninga o radiologiji za sve rezidente radiologije vezano za osnovne principe molekularne i ćelijske biologije, optičkog oslikavanja, PET-a i kombiniranih (hibridnih) modaliteta (PET-CT, SPECT-CT, PET-MR), specifičnih i ne-specifičnih ciljanih i polufunkcionalnih agenata i metoda označavanja ćelija i ciljanja ćelija.

Detalji budućih edukacionih programa još uvijek trebaju biti definirani ali bliska saradnja između specijalista za oslikavanje (radiologa i NM specijalista) i biologa je veoma važna za ovu svrhu.

Molekularno oslikavanje u radiologiji

Molekularno oslikavanje je usmjereno na karakterizaciju, vizualizaciju i kvalifikaciju specifičnih ćelijskih i molekularnih procesa koji su temelj bolesti. Ključna za ovo je upotreba supstanci koje se mogu ubrizgati i koje specifično ciljaju bolest koja se istražuje i kroz koje se ne-invazivno može pratiti i snimati kompleksno ćelijsko i molekularno ponašanje bolesti u prostoru i vremenu. Koncept molekularnog oslikavanja nije nov. Molekule i molekularni procesi su bili poznati nuklearnoj medicini decenijama. Inicijalno, to je bilo ograničeno na upotrebu radio-označenih, izvornih antitijela za otkrivanje rezidualnog ili relapsirajućeg tumora. Od nedavno, upotrebljavaju se specifični peptidi koji se vežu za specifične tumor markere (npr. Somatostatin-2 receptor) i markere povećane metaboličke aktivnosti (18 F-FDG). Dok je molekularno oslikavanje bilo primarno povezano sa modalitetima oslikavanja koji nisu obično povezani sa odjelima radiologije – kao što su, optičko oslikavanje (uglavnom predkliničko istraživanje), positronska emisijska tomografija (PET) i jednofotonska emisijska kompjuterizirana tomografija (SPECT) – modaliteti kao što su kompjuterizirana tomografija (CT), magnetna rezonanca (MRI) i ultrazvuk postali su osnovni alati na tom polju ili kao jedan modalitet ili u pristupima hibridnog oslikavanja kao što su PET-CT, SPECT-CT ili PET-MR skeneri. Ovi modaliteti nude prednosti u smislu povećane anatomske rezolucije i integrirane procjene anatomije i fiziologije sa molekularnim procesima. Približavanje tehnoloških revolucija u proteklim godinama u sklopu različitih polja istraživanja proširilo je horizont za aplikacije molekularnog oslikavanja i u osnovnom istraživanju i u kliničkim vrijednostima. Ove revolucije obuhvataju: pridruživanje cjelokupnog ljudskog genoma; alate za genetsku manipulaciju ćelijama ili organizmima; nove strategije tretmana, uključujući terapije zasnovane na molekulama i ćelijama, nanotehnologiju i vrhunske modalitete oslikavanja sa povećanom prostornom i vremenskom rezolucijom. Kroz ovo približavanje povećava se potencijal za „personaliziranu medicinu“. U postavci personalizirane medicine, može biti istražena tačna molekularna pozadina bolesti kod jednog pacijenta nakon čega se može dizajnirati individualizirani režim tretmana sa maksimiziranim terapeutskim efektom i minimiziranim štetnim efektima. Dok se mnoga pitanja još uvijek trebaju riješiti prije nego „personalizirana medicina“ postane činjenica, molekularno oslikavanje je već ušlo u kliničku arenu i samo će dobiti na važnosti tokom sljedećih godina . Trenutno, najznačajnije ili važne kliničke aplikacije molekularnog oslikavanja su na polju onkologije i karidovaskularnih bolesti . U onkologiji, molekularno oslikavanje je već rezultirali nekim probojima u određivanju stadija karcinoma i procjenu odgovora na tretman i očekuje se da će olakšati rano otkrivanje bolesti. Kod kardiovaskularnih bolesti očekuje se da će molekularno oslikavanje imati centralnu ulogu u adresiranju osnovnih pitanja vezanih za terapiju ćelija za srčano obnavljanje i otkrivanje ranjivih naslaga (plak) . U ovim poljima, ulažu se ogromni napor u razvoj novih ispitivača (sondi) za kliničku upotrebu . Daljnji dokaz da je molekularno oslikavanje ozbiljan biznis u zdravstvenoj njezi predstavljaju nastojanja velikih kompanija koje se bave medicinskom tehnologijom. Kompanije kao što su GE Healthcare, Hitachi Medical Corporation, Philips Medical Systems, Siemens Medical Solutions i Toshiba Medical Systems su kreirale posebne biznis linije i/ili ugovore o saradnji sa akademskim ili istraživačkim institutima da bi razvile i implementirale ispitivače (sonde) za molekularno oslikavanje, opremu i koncepte. Nadalje, skorija udruživanja General Electric sa Amersham Biosciences (sada GE Healthcare) i Siemens sa Bayer Diagnostics su jasni znaovi da se ove velike kompanije pripremaju za revoluciju u dijagnostičkom oslikavanju. Jasno, molekularno oslikavanje je nova granica u dijagnostičkom oslikavanju i, stoga, Evropski radiolozi moraju biti dio ovog razvoja. Uloga je akademskih i istraživačkih institucija da okupe znanje i namijene sredstva u ovom polju. Radiološka zajednica treba investirati u ovu budućnost obrazovanjem i učešćem u molekularnim znanostima i stvaranjem relevantnih istraživačkih sadržaja. Ali to nije samo istraživanje – klinički radiolozi moraju biti svjesni tekućih inovacija u našoj profesiji i podržati obuku i edukaciju sljedećih generacija. Evropski Kongres Radiologije (ECR) i Evropsko Društvo za Magnetsku Rezonancu u medicini i biologiji (ESMRMB) uporno se trude da skrenu pažnju radiologa na molekularno oslikavanje i očekivanu važnost istog u budućem dijagnostičkom oslikavanju nudeći uvodne kurseve i fokusirane sesije o molekularnom oslikavanju u svoje rane sastanke.

Intervencijsko molekularno oslikavanje

Skoriji opći interes za molekularno oslikavanje i među dijagnostičkim i među intervencijskim radiolozima doveo je do osnivanja koncepta koji bi mogao biti nazvan intervencijsko molekularno oslikavanje. Cilj ovog koncepta, kombiniranjem intervencijske radiologije sa molekularnim oslikavanjem, je da u potpunosti primijeni prednosti oba polja oslikavanja. Intervencijska radiologija može proširiti mogućnosti trenutno dostupnih tehnika molekularnog oslikavanja da bi:

• dosegla do duboko pozicioniranih ciljeva,
• omogućila bliži pogled na male ciljeve,
• precizno vodila dopremanje ne ciljanih obilježivača za oslikavanje (tracer) ili terapeutskih agenata, i
• selektivno povećati efikasnost ciljanog oslikavanja i tretmana.

Intervencijsko molekularno oslikavanje postaje jedno od okvira za dovođenje molekularnog oslikavanja iz učionica i laboratorija za male životinje do laboratorija za velike životinje i ultimativno, do određenih kliničkih primjena na ljudima. Molekularno oslikavanje, in vivo tehnologija oslikavanja koja može prikazati biološke događaje na ćelijskom i molekularnom nivou, demonstrirala je veliki potencijal u ranom dijagnosticiranju i efikasnom tretmanu brojnih bolesti . Do danas, razvijeno je nekoliko tehnika molekularnog oslikavanja koje ne samo da su utvrdile dokaz principa za ovu sofisticiranu tehnologiju nego su i dale korisne in vivo mikro-oslikavajuće alate za male životinje (kao što su miševi i pacovi) u osnovnom naučnom istraživanju . Međutim, da bi u potpunosti bilo prihvaćeno kao član porodice molekularnog oslikavanja u modernoj medicini, molekularno oslikavanje treba pokazati svoju korisnost u kliničkoj praksi. Trenutno, molekularno oslikavanje ima nekoliko ograničenja kao što su mogućnost kratkog prodora svjetlosti molekularnog optičkog oslikavanja, nedovoljna vizualizacija malih i duboko smještenih ciljeva sa molekularnom magnetnom rezonansom (MR) izvedenom upotrebom površinskih namotaja, i fiziološko „čišćenje“ nekih ciljanih oslikavanja i terapeutskih ispitivača (sonde) od strane bubrega i jetre u molekularnom nuklearnom oslikavanju. Ova ograničenja ne dozvoljavaju prelazak tehnika molekularnog oslikavanja u kliničke prakse i njihovu upotrebu u predkliničkim validacijama kod velikih životinja. Na primjer, molekularno optičko oslikavanje je moćan alat za otkrivanje fluorescencije i bioluminiscencija koju emitiraju tkiva ili organi malih životinja. Međutim, zbog plitke penetracije signala pobuđenja ili emisije svjetlosnih signala, molekularno optičko oslikavanje se ne može koristiti za površinsko oslikavanje duboko smještenih tkiva ili organa kod velikih životinja ili ljudi. Jedan način da se riješi ovaj problem je da se alati za oslikavanje dovedu bliže ciljevima. Ovo bi se moglo postići primjenom intervencijskih radioloških tehnika na molekularno oslikavanje.  Skoriji zajednički interes za molekularno oslikavanje i dijagnostičkih radiologa i intervencijskih radiologa vodio je do uspostavljanja koncepta koji bi se mogao nazvati intervencijsko molekularno oslikavanje.

ZAKLJUČAK

Skoriji i prateći napreci u molekularnoj biologiji i oslikavanju za dijagnoze i terapiju će postaviti tehnike in vivo oslikavanja u centar njihovog kliničkog transfera. Prije toga, već je u toku širok opseg multidisciplinarnog pre-kliničkog istraživanja. Uključivanje radiologa u ovo novo polje nauka oslikavanja je stoga apsolutno obavezno tokom ove dvije faze razvoja.

Informacioni sitem u radiologiji povećava dijagnostičku tačnost radioloških nalaza, stvara uslove za visoku racionalizaciju fotografskog materijala u radiologiji, znatno ubrzava protok informacija na relaciji radiolog – kliničar ( bolju dijagnostičku efikasnost) i mogući kraći tretman pacijenta, što je sve u perspektivi ekonomski ispravno.

Omogućili su radiologiji i cjelokupnoj medicini da se dijagnostičke informacije registruju već na nivou molekule, odnosno stanice.

Npr.spektroskopija kod MRI, te SPECT i PET u molekularnoj medicini. Budućnost su globalni telemedicinski informacioni sustavi, tj.internet sustav u zdravstvu.