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Tecniche di optical imaging nello studio del metabolismo
No full textLo sviluppo recente di agenti di contrasto di dimensioni nanometriche per l’imaging biomedico è
stato incoraggiato dalla necessità di una comprensione dei processi biologici a livello molecolare e
dai crescenti progressi degli strumenti diagnostici e di terapie innovative [1]. Nanoparticelle di
materiale semiconduttore e nanoparticelle d’oro hanno superato le limitazioni di impiego dei
fluorofori organici grazie alla loro alta fotostabilità, alla alta efficienza quantica e alla notevole
stabilità sia in vivo che in vitro. Tali nanoparticelle sono tuttora in fase di sviluppo al fine di
migliorare le proprietà ottiche e in particolare ottenere che la loro emissione cada nella regione del
vicino infrarosso, cosa che consentirebbe una indagine degli strati di tessuto più profondi. Il
tentativo ulteriore di migliorare l’indagine nel range del visibile e di combinarla con le pre-esistenti
tecniche di imaging ha condotto recentemente allo sviluppo di mezzi bimodali, attivi sia in ottico
che in Risonanza Magnetica.
Certo è che negli ultimi anni si è assistito ad uno sviluppo notevole di tutte le tecniche di imaging,
come la Computed Tomography (CT), Magnetic Resonance (MR), Positron Emission Tomography
(PET), Single Photon Emission CT (SPECT), Ultrasound (US) e Optical Imaging (OI). Sono
tecniche che si differenziano tra loro per molti aspetti, per sensibilità, risoluzione, tempi di
acquisizione e costi. Ma sono tecniche complementari più che concorrenziali e la scelta della
modalità di imaging dipende sostanzialmente dal tipo di domanda a cui si vuole rispondere.
Per molto tempo l’imaging di fluorescenza e bioluminescenza dei campioni biologici è rimasto
confinato alla microscopia ottica. Oggi tale tecnica si è ampliata consentendo di operare in vivo su
piccoli animali da laboratorio. Sono facilmente immaginabili le potenzialità, riguardo agli sviluppi
delle conoscenze di molte diverse patologie, di una tecnica poco invasiva e applicabile in vivo.
Certamente l’Optical Imaging non può raggiungere pari livelli di risoluzione o di sensibilità della
microscopia ottica o di altre tecniche di visualizzazione a causa dello scattering e dell’assorbimento
tissutale della radiazione luminosa. D’altra parte ha però il vantaggio di utilizzare la luce, cioè una
radiazione non invasiva, che forma immagini mediante il contrasto di intensità, e più vicina, anche
se solo apparentemente, al nostro senso comune di osservare gli oggetti.
Tra le tecniche di Optical Imaging la fluorescenza si sta rivelando una delle più efficaci. Le sue
capacità dipendono principalmente dalle proprietà intrinseche del fluoroforo utilizzato. I principali
limiti sono l’alto scattering dei fotoni dovuto alla non omogeneità del mezzo in cui propagano,
l’autofluorescenza dei tessuti e l’alto assorbimento di molecole come l’emoglobina (soprattutto
nella zona centrale dell’intervallo di lunghezze d’onda del visibile) e dei lipidi e dell’acqua
(principali assorbitori nel vicino infraorosso). Pertanto, a seconda delle lunghezze d’onda impiegate,
si possono ottenere diverse profondità di penetrazione. Per esempio i fotoni ultravioletti sono
fortemente assorbiti dai principali cromofori naturali, la deossiemoglobina e l’ossiemoglobina, tanto
che la loro penetrazione è ridotta ai primi micron o millimetri di tessuto. Fotoni nel vicino
infrarosso invece, da 650 a 900 nm, hanno una più alta penetrazione dovuta ad un minor
assorbimento tissutale. In tale intervallo l’emoglobina, l’acqua e i lipidi, presentano i minori
coefficienti di assorbimento. Il vicino infrarosso è quindi la finestra spettrale di elezione per lo
studio in vivo perché permette di analizzare regioni più profonde rispetto a quanto sia possibile fare
con la radiazione ultravioletta.
Un interessante mezzo di contrasto per l’Optical Imaging, basato su nanoparticelle fluorescenti, è
rappresentato dai Quantum dots, nanocristalli di materiale semiconduttore con caratteristiche ottiche
peculiari che li differenziano dai tradizionali fluorofori organici. Proprio il fatto che tali cristalli
possiedano dimensioni nanometriche rappresenta un aspetto di notevole importanza dato che lo
studio del loro metabolismo in vivo può aiutare nella comprensione del comportamento delle
nanoparticelle negli organismi viventi ed aiutare a capire problematiche più ampie come la
nanotossicità a breve e a lungo termine...Non Disponibil
Interstitial fluid pressure as a function of DCE-MRI derived parameters.
No full textComment on:
Radiother Oncol. 2009 Apr;91(1):107-13
Novel biomedical applications of Cerenkov radiation and radioluminescence imaging
No full textThe main goals of this review is to provide an up-to-date account of the different uses of Cerenkov radiation (CR) and radioluminescence imaging for pre-clinical small animal imaging. We will focus on new emerging applications such as the use of Cerenkov imaging for monitoring radionuclide and external radiotherapy in humans. Another novel application that will be described is the monitoring of radiochemical synthesis using microfluidic chips. Several pre-clinical aspects of CR will be discussed such as the development of 3D reconstruction methods for Cerenkov images and the use of CR as excitation source for nanoparticles or for endoscopic imaging. We will also include a discussion on radioluminescence imaging that is a more general method than Cerenkov imaging for the detection using optical methods of alpha and gamma emitters
Bremsstrahlung radiation detection for small animal imaging using a CCD detector
No full textThe use of optical methods for the detection of radionuclides is becoming an established tool for preclinical molecular imaging experiments. In this paper we present a set of proof of principle experiments showing that planar bremsstrahlung radiation images can be detected with an intensifying screen using a small animal optical imager based on charge coupled device detector. We develop a bremsstrahlung source using a (32)P-ATP vial placed in a Plexiglas box, the source with an intensifying screen on top was placed inside a small animal optical imaging system. Bremsstrahlung radiation images were produced with the (32)P-ATP source only and also with a pair of pliers placed between the source and the screen. We found that the pair of pliers absorption image matches the shape of the object. Spatial resolution measurements were not performed however, the bremsstrahlung image of the pliers show that the resolution is relatively poor due to a large penumbra effect. We conclude that it is possible to produce planar bremsstrahlung images using optical imaging devices
Photodynamic therapy using Cerenkov and radioluminescence light
Full text linkIn this short review the potential use of Cerenkov radiation and radioluminescence as internal sources for Photodynamic therapy (PDT) is discussed. PDT has been developed over the course of more than 100 years and is based on the induced photo conversion of a drug called photosensitizer (PS) that triggers the production of cytotoxic reactive oxygen species (ROS) leading to the killing of the cells. In order to overcome the problem of light penetration in the tissues, different solutions were proposed in the past. The use of radioisotopes like: F-18, Cu-64, Y-90, Lu-177 as internal light sources increase the light fluence at the PS compared to an external source, resulting in a larger cytotoxic effect
Optimizing in vivo small animal Cerenkov luminescence imaging.
No full textIn vivo Cerenkov luminescence imaging is a rapidly growing molecular imaging research field based on the detection of Cerenkov radiation induced by beta particles when traveling though biological tissues. We investigated theoretically the possibility of enhancing the number of the detected Cerenkov photons in the near infrared (NIR) region of the spectrum. The analysis is based on applying a photon propagation diffusion model to Cerenkov photons in the tissue. Results show that despite the smaller number of Cerenkov photons in the NIR region, the fraction exiting the tissues is greater than in the visible range, and thus, a charge-coupled device detector optimized for the NIR range will allow to obtain a higher signal. The comparison was performed considering Cerenkov point sources located at different depths inside the animal. We concluded that the improvement can be up to 35% and is more significant when the Cerenkov source to be imaged is located deeper inside the animal
Unsupervised analysis of small animal dynamic Cerenkov luminescence imaging.
No full textClustering analysis (CA) and principal component analysis (PCA) were applied to dynamic Cerenkov luminescence images (dCLI). In order to investigate the performances of the proposed approaches, two distinct dynamic data sets obtained by injecting mice with (32)P-ATP and (18)F-FDG were acquired using the IVIS 200 optical imager. The k-means clustering algorithm has been applied to dCLI and was implemented using interactive data language 8.1. We show that cluster analysis allows us to obtain good agreement between the clustered and the corresponding emission regions like the bladder, the liver, and the tumor. We also show a good correspondence between the time activity curves of the different regions obtained by using CA and manual region of interest analysis on dCLIT and PCA images. We conclude that CA provides an automatic unsupervised method for the analysis of preclinical dynamic Cerenkov luminescence image data
Quantum dots excitation using pure beta minus radioisotopes emitting Cerenkov radiation.
No full textCerenkov radiation imaging has been recently introduced as a new pre-clinical imaging tool to investigate many pathologies in vivo. It is well known that Cerenkov radiation is more intense at shorter wavelength than at longer wavelength in the visible range and, thus, in order to improve the detectability in biological tissues a shift towards the red and near infrared emission is needed. The use of Quantum Dot (QD) nanoparticles as Stokes shifters has been previously suggested, but the interaction mechanism with Cerenkov radiation was not fully investigated. Our experimental results showed a good agreement with the inverse squared law and, thus, we conclude that the excitation of QDs with a beta emitter is quite similar to the fluorescence by unbound excitation from the luminescence mechanis
M 31-RV evolution and its alleged multi-outburst pattern
Full text linkThe photometric evolution of M 31-RV has been investigated on 1447 plates of
the Andromeda galaxy obtained over half a century with the Asiago
telescopes. M 31-RV is a gigantic stellar explosion that occurred during 1988
in the Bulge of M 31 and that was characterized by the appearance for a few
months of an M supergiant reaching . The 1988 outburst has been
positively detected on Asiago plates, and it has been the only such event
recorded over the period covered by the plates (1942-1993). In particular, an alleged
previous outburst in 1967 is excluded by the more numerous and deeper Asiago
plates, with relevant implication for the interpretative models of this
unique event. We outline a close analogy in spectral and photometric
evolution with those of V838 Mon which exploded in our Galaxy in 2002. The
analogy is found to extend also to the closely similar absolute magnitude at
the time of the sudden drop in photospheric temperature that both M 31-RV and V838 Mon exhibited. These similarities, in spite of the greatly differing
metallicity, age and mass of the two objects, suggest that the same, universal
and not yet identified process was at work in both cases.
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