(Молекулярная) визуализация: новые достижения

(Молекулярная) визуализация:
новые достижения доказательной
медицины
J. W. Hans Hofstraat
Научные озарения и непрерывное совершенствование знаний в области
медицинских технологий приводят к появлению новых подходов к решению
проблем здравоохранения. Увеличивающееся количество данных, получаемых
при помощи диагностического оборудования, как in vitro, так и in vivo, в
сочетании с быстрым изменением взглядов на молекулярные основы здоровья и
болезни, позволили добиться значительных успехов в доказательной медицине
[1]. Кроме того, превентивная и персонифицированная медицинская помощь,
которая сейчас носит вспомогательный характер, в будущем будет все больше
замещать современную практику диагностики и лечения, основанных на
симптомах. Раннее выявление индивидуальных профилей предрасположенности
к заболеваниям (профилей риска) будет не только оказывать влияние на
лечение, но может также привести к появлению профилактических подходов.
Примеры превентивной медицины могут быть найдены в концепции
‘персонифицированного питания’ и даже в более общих рекомендациях по
образу жизни.
В частности, такие новые возможности предлагает (молекулярная)
визуализация. Разработки медицинских систем сканирования, все более
интегрированные современные приборы с высоким разрешением, снабженные
сложными системами обработки данных и изображения для обеспечения
медицинских работников информацией (а не данными), качество которых
непрерывно растет, идут рука об руку с разработками сложных
функциональных контрастных веществ, предназначенных для определенной
цели, обеспечивающих функциональную информацию и даже позволяющих
заглянуть в глубины биохимических процессов на молекулярном уровне.
Поскольку данные получают непосредственно от пациента, информация может
быть непосредственно применена для диагностики и лечения конкретного
человека, а также для быстрой оценки ответной реакции на лечение. Прогресс в
‘количественной’ визуализации, предваряя появление ‘4D’ сканирования,
значительно усилил эффективность использования данных этого метода
исследования при адаптационной и рекомендательной терапии, или при оценке
влияния на здоровье изменений в образе жизни.
Благодаря прогрессу в ядерных технологиях построения изображения,
таких как компьютерная томография, основанная на эмиссии одного фотона
(SPECT) и позитронно-эмисиссионая томография (PET), стала возможной
локализация и количественное определение очень низких концентраций
изучаемых веществ. Эти методы могут быть использованы для визуализации
8
наномолярных и даже пикомолярных концентраций молекул (радиоактивно
меченых). Применение отслеживаемых радиоактивно меченых веществ может
позволить получить непосредственную информацию относительно присутствия
биологических маркеров заболевания, таких как связанные с мембраной белки,
при помощи подхода, основанного на принципе соответствия маркера мишени.
Кроме того, были разработаны молекулярные индикаторы, позволяющие
производить функциональный мониторинг биохимических процессов
(например, измерять повышенные скорости метаболизма, связанные с ростом
опухоли или оксигенацией ткани) при помощи динамического сканирования в
сочетании с программным обеспечением, разработанным с учетом имеющихся
знаний, например, для фармакокинетического моделирования. Совместное
применение чувствительных методик, обладающих, однако, не очень высоким
разрешением, основанных на построении изображения при помощи ядерных
технологий, и других способов визуализации, позволяющих получить
морфологические данные высокого разрешения, таких как компьютерная
томография (КТ), или при помощи дополнительной функциональной
информации, такой как магнитно-резонансное сканирование (МРС) и
спектроскопия (МРСП), позволяет создать очень мощные инструменты
молекулярной визуализации.
Благодаря возможности получения более точных данных и инструментам
для обработки данных, МРС само по себе является очень мощным и
универсальным методом, основанным на уникальной возможности
использования инструмента визуализации непосредственно, без применения
контрастных веществ, в то же время обеспечивающим получение
морфологической информации высокой степени разрешения, а также
функциональных
и
молекулярных
данных.
Примерами
являются
функциональное МРС, например, при его использовании для измерения
локальной активности мозга или перфузии опухоли, а также МРС
спектроскопия, приобретающая дополнительные преимущества благодаря
возможности получения структурной информации посредством измерения
молекулярных сигнатур. Более того, МРС может визуализировать другие ядра,
помимо протонов (такие как 13C, 19F или 23Na), оно также может использоваться
для определения других параметров, например распределения значений pH,
эластичности или температуры. Эти подходы имеют преимущества с той точки
зрения, что может быть проведено действительно неинвазивное исследование. В
контексте данного семинара следует отметить, что очень важной возможностью
является использование МРС для определения присутствия и степени
выраженности потенциально опасной интра-абдоминальной или ‘глубокой’
жировой ткани [2, 3]. Диагностика глубокой жировой ткани является важным
параметром оценки риска развития сердечнососудистых заболеваний (рис. 1).
Значительное отложение жира на внутренних органах связывают с различными
состояниями, включая гипертензию и ишемическое заболевание сердца, а также
диабет. Поскольку при МРС не используется ионизирующее излучение, не
требуется применения контрастных веществ, данный метод может быть
использован для обычного повседневного скрининга. В сочетании с
терапевтическим вмешательством, МРС также может применяться для
определения, например, эффекта того, как именно какая-либо диета влияет на
количество и распределение жира на внутренних органах, это возможно при
помощи применения количественных визуализирующих подходов, например
путем избирательной визуализации химического сдвига (‘только жиры’).
Введение подходов молекулярной визуализации в медицинскую практику
требует как усовершенствования самих инструментов, так и (био)химических
методов.
9
Рис. 1. Снимки 10-летней девочки с ожирением, полученные при магнитнорезонансном сканировании. Вверху слева: Поперечное МРС брюшной полости в режиме
true FISP (быстрое сканирование с обработкой в стационарном состоянии), являющееся
частью стандартного МР исследования. Внизу слева: Область отложения подкожного
жира. Внизу справа: Область отложения висцерального жира. Регионы жировых
отложений были сегментированы отдельно при помощи метода установления порогов
сегментов, и при этом можно определить площади. Вверху справа: Общий
абдоминальный жир был вычислен как сумма измеренных значений подкожного жира и
интра-абдоминального жира, где вся брюшная полость являлась знаменателем при
вычислении процента абдоминального жира. Воспроизведено с разрешения Siegel et al.
[3].
Следовательно, чтобы ускорить прогресс в этой новой практической области,
необходимо тесное сотрудничество между компаниями, занимающимися
медицинскими технологиями с одной стороны, и компаниями,
специализирующимися в области фармацевтики, нутрициологии, или
разработки контрастных веществ, с другой стороны. Именно поэтому
приоритетной задачей компании Филипс является кооперация усилий в
области здравоохранения с общественными и частными организациями, а
также объединение знаний и интересов в рамках формирующегося подхода
‘открытых инноваций’.
10