تصویر بردارى زیستى به کمک نانوذرات

کاربردهاي بيومديکال نانوذرات در تصوير برداري مولکولي، دارورساني و درمان باعث ظهور زمينه “نانوپزشکي” شده اند و پيشرفت هاي قابل توجهي در دهه هاي اخير در سراسر دنيا گزارش شده است. نسل جديدي از پروب هاي تصوير برداري (يا عوامل کنتراست) و استراتژي های نوآورانه براي تصوير برداري چند مُدی با بازده بالا توجه بسياری را به خود جلب کرده و در کاربرد های پيش کلينيکي موفق بوده است. با اين پيش زمينه در اين مقاله اصول و پيشرفت های اخير اين زمينه براي ترسيم چشم اندازی کلي مورد بحث قرار خواهد گرفت.

نانوتکنولوژی يا به عبارت ديگر نانوتک در دهه هاي اخير پيشرفت خيره کننده ای در همه زمينه های علم و فناوری از جمله زمينه های زيست شناسی و پزشکی داشته است. امروزه علم نانو تنها به سنتز، شناسايی و تهيه ساده نانومواد محدود نيست بلکه راه خود را به کاربرد های نهايی و مهندسی حتی در بخش های صنعتی همچون الکترونيک، مخابرات، انرژی، هوافضا و طبعاً زيست پزشکي گشوده است. طبق تعريف NNI ذرات نانوسايز با قطری بين ۱ الي ۱۰۰ نانومتر شناخته مي شوند. اين مواد خواص نوری، الکتريکی و ساختاري ويژه اي از خود نشان مي دهند که آن ها را از مواد با اندازه بزرگ تر و همچنين از اتم ها و مولکول هاي سازنده متمايز مي کند. استفاده از اين مواد در پزشکی هم در زمينه های پيش- کلينيکی و هم در پژوهش های کلينيکی در سراسر جهان شناخته شده است.

در دهه های اخير تکنيک های سنتی تصوير برداری برای تحقيقات روتين و استفاده های کلينيکی گسترش بسياری يافته اند. اين تکنيک ها از جمله تصوير برداری نوری، توموگرافی محاسبه شده، تصوير برداری رزونانس مغناطيسی، اولتراسوند و تصوير برداری راديوايزوتوپ به طور عام در زمينه های مختلف از تصوير برداری تحقيقاتی از حيوانات کوچک گرفته تا تصوير برداری پيش- کلينيکی و تصوير برداری کلينيکی از بدن انسان، تشخيص پزشکی و حتی درمان مورد استفاده اند.
تفاوت تصوير برداری مولکولی نسبت به تصوير برداری سنتي در پروب هايی است که به نام بيومارکر شناخته مي شوند و به طور کاملاً انتخابی با محيط اطراف اندرکنش می کنند و به نوبه خود با تغييرات مولکولی در ناحيه مورد نظر روی تصوير تأثير می گذارند.

تصوير برداری مولکولی

از ميان کاربرد هاي نانوپزشکي، تصوير برداري مولکولي يکي از زمينه هاي جذاب و در حال پيشرفت سريع است. طبق تعريف جامعه پزشکي هسته اي، تصوير برداري مولکولی “تجسم، شناخت و اندازه گيری فرآيند های زيستی در سطح مولکولی و سلولی انسان و ساير ارگانيسم هاست” زمينه ای بين رشته ای که شيمی، بيولوژی، داروسازی و پزشکی را برای تشخيص فرآيند های زيستی چه به صورت درون بافت زنده و چه به صورت آزمايشگاهی ترکيب مي کند و به کمک آن مي توان تغييرات فيزيولوژيک را تعيين کرد و براي تشخيص آناتوميک تغييرات به کار بست که اطلاعات کلينيکی قيمتي برای انتخاب استراتژی درمان در مورد بيماری های مختلف از جمله سرطان، التهاب، سکته، تصلب شريان، آلزايمر و بسياری ديگر به دست مي دهد. به علاوه نانوذرات قابل طراحي به عنوان حامل در دارورساني و همچنين حمل ژن مورد مطالعه قرار گرفته اند.

نانومواد

انتظار مي رود ذرات داراي ابعاد در محدوده نانومتری به علت داشتن خواصی چون سطح ويژه بسيار بالا و عامل دار بودن ذاتی و قابليت اصلاح ساختاری و سطحی رفتار های فيزيکی و زيستی ويژه ای از خود نشان دهند. همچنين اندرکنش آن ها با مولکول های زيستی قابل توجه است. اصلاح اين مواد براي تغيير در کينتيک دارويی، افزايش طول عمر شريانی، بهبود قابليت آن ها براي ورود به جريان خون و حصول اطمينان از پخش شدن آن ها در بافت زنده و رهاسازی کنترل شده داروی مورد نظر انجام مي پذيرد. به علاوه با جفت کردن ليگاند های هدف دار با نانومواد می توان توانايی هدف گيری دقيق ناحيه بيماری را در آن ها ايجاد نمود. در اين مقاله تنها کاربرد های تصوير برداری نانومواد مّد نظر است و از بحث بيش تر در باب دارورسانی پرهيز مي شود.

به علاوه با جفت کردن لیگاند های هدف دار با نانومواد می توان توانایی هدف گیری دقیق ناحیه بیماری را در آن ها ایجاد نمود. در این مقاله تنها کاربرد های تصویر برداری نانومواد مّد نظر است و از بحث بیش تر در باب دارورسانی پرهیز می شود در دهه های اخیر تکنیک های سنتی تصویر برداری برای تحقیقات روتین و استفاده های کلینیکی گسترش بسیاری یافته اند.

این تکنیک ها از جمله تصویر برداری نوری، توموگرافی محاسبه شده، تصویر برداری رزونانس مغناطیسی، اولتراسوند و تصویر برداری رادیوایزوتوپ به طور عام در زمینه های مختلف از تصویر برداری تحقیقاتی از حیوانات کوچک گرفته تا تصویر برداری پیش- کلینیکی و تصویر برداری کلینیکی از بدن انسان، تشخیص پزشکی و حتی درمان مورد استفاده اند.تفاوت تصویر برداری مولکولی نسبت به تصویر برداری سنتی در پروب هایی است که به نام بیومارکر شناخته می شوند

و به طور کاملاً انتخابی با محیط اطراف اندرکنش می کنند و به نوبه خود با تغییرات مولکولی در ناحیه مورد نظر روی تصویر تأثیر می گذارند.در ادامه به عنوان یک مطالعه موردی جالب، استفاده از نانوذرات اکسید آهن سوپر پارامغناطیس به عنوان عامل سازنده کنتراست در MRI مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با پیشرفت سریع نانوتکنولوژی، روش های سنتز متفاوتی برای بدست آوردن این نانوذرات با بلورینگی، سایز و توزیع اندازه و همچنین پوشش های متفاوت گسترش یافته اند. در کمتر از یک اندازه بحرانی نانوذرات اکسید آهن دارای یک دومین مغناطیسی هستند و خاصیت سوپرپارامغناطیس از خود نشان می دهند

البته خواص مغناطیسی نانوذرات به سایز و شکل ذرات، میکروساختار و فاز شیمیایی آن ها بستگی دارد. این نانوذرات پتانسیل عظیمی برای کاربرد های زیست پزشکی گوناگون دارند که در جدول ۱ خلاصه آن ها مشاهده شد. این نانوذرات به علت داشتن میدان مغناطیسی بزرگ و همچنین خواص سطحی مناسب هم برای کاربرد های MRI درون بافت زنده و هم در آزمایشگاه مناسب اند.

بر حسب اندازه هیدرودینامیک، نانوذرات اکسید آهن به سه دسته تقسیم می شوند:هدف گیری مولکول های سطحی سلول ها با اکسید آهن ممکن است . همچنین رسپتور های خاص همچون Her-2/Neu به کمک نانوذارت آهن به صورت رزونانس مغناطیسی قابل نشان گذاری است . همچنین تشخیص مولکولی پلاک های تصلب شریانی به کمک این نانوذرات گزارش شده است.

پپتید انتخاب شده با نمایش باکتری خوار روی USPIO پیوند زده شد و نانوسیستم حاصل روی سلول های شریان سیاهرگ بطنی اندوتلیوم انسانی و سپس با MRI روی موش آزمایش شد. کاربرد های پزشکی و زیستی نانومواد (نانوذرات، نانوسیالات مغناطیسی و غیره) در سطح جهانی مورد توجه وسیع هستند. در تمام موارد اندازه، توزیع اندازه و شیمی سطح پارامتر های اساسی در کنترل و بهینه سازی اثر و زیست فعالی مواد هستند.

البته نمی توان یک نوع ماده را برای تمام کاربرد های زیستی ساخت و گسترش داد و نیاز به تحقیق و توسعه فراوان برای تبدیل کاربرد های بالقوه به فعل احساس می شود. لازم است پروتکل هایی برای سنتز و اصلاح نانومواد در کاربرد های زیستی تدوین شود. توجه به این نکته ضروری است

که دانش اثر نانوذرات بر سلامت انسان بسیار محدود است بنابراین مطالعات نانوسم شناسی روی اثرات نانوساختار های مصنوع بر ارگانیسم های زنده از اهمیت بالایی برخوردار است

همچنين جدول ۱برخی از مهم ترين نانومواد مورد استفاده در نانوپزشکی و کاربرد های آن ها را خلاصه می کند.

جدول ۱) ويژگی های چند دسته نانوذره مهم و کاربرد های زيست پزشکی آن ها

نانوذرات سوپرپارامغناطيس آهن

در ادامه به عنوان يک مطالعه موردی جالب، استفاده از نانوذرات اکسيد آهن سوپر پارامغناطيس به عنوان عامل سازنده کنتراست در MRI مورد بررسي قرار خواهد گرفت. با پيشرفت سريع نانوتکنولوژی، روش های سنتز متفاوتی براي بدست آوردن اين نانوذرات با بلورينگي، سايز و توزيع اندازه و همچنين پوشش های متفاوت گسترش يافته اند. در کمتر از يک اندازه بحراني نانوذرات اکسيد آهن داراي يک دومين مغناطيسی هستند و خاصيت سوپرپارامغناطيس از خود نشان مي دهند البته خواص مغناطيسی نانوذرات به سايز و شکل ذرات، ميکروساختار و فاز شيميايی آن ها بستگی دارد. اين نانوذرات پتانسيل عظيمی براي کاربرد های زيست پزشکی گوناگون دارند که در جدول ۱ خلاصه آن ها مشاهده شد. اين نانوذرات به علت داشتن میدان مغناطيسی بزرگ و همچنين خواص سطحی مناسب هم برای کاربرد های MRI درون بافت زنده و هم در آزمايشگاه مناسب اند. بر حسب اندازه هيدروديناميک، نانوذرات اکسيد آهن به سه دسته تقسيم مي شوند:

۱ –اکسيد آهن سوپرپارامغناطيس بسيار کوچک که قطر هيدروديناميک کمتر از ۵۰ نانومتر دارند. که البته خود به دسته های کوچک تری هم تقسيم مي شوند که از حوصله بحث خارج است.
۲ – اکسيد آهن سوپرپارامغناطيس که قطر هيدروديناميک بزرگ تر از ۵۰ نانومتر دارد.
۳ –ذرات اکسيد آهن ميکرون

نانوذرات اکسيد آهن به عنوان پروب های مولکولی در MRI

هدف گيری مولکول های سطحی سلول ها با اکسيد آهن ممکن است . همچنين رسپتور های خاص همچون Her-2/Neu به کمک نانوذارت آهن به صورت رزونانس مغناطيسی قابل نشان گذاری است . همچنين تشخيص مولکولی پلاک های تصلب شريانی به کمک اين نانوذرات گزارش شده است. پپتيد انتخاب شده با نمايش باکتری خوار روي USPIO پيوند زده شد و نانوسيستم حاصل روي سلول های شريان سياهرگ بطنی اندوتليوم انسانی و سپس با MRI روی موش آزمايش شد. 

نتيجه گيری

کاربرد های پزشکی و زيستی نانومواد (نانوذرات، نانوسيالات مغناطيسي و غيره) در سطح جهانی مورد توجه وسيع هستند. در تمام موارد اندازه، توزيع اندازه و شيمی سطح پارامتر های اساسي در کنترل و بهينه سازي اثر و زيست فعالي مواد هستند. البته نمي توان يک نوع ماده را براي تمام کاربرد هاي زيستي ساخت و گسترش داد و نياز به تحقيق و توسعه فراوان براي تبديل کاربرد هاي بالقوه به فعل احساس مي شود. لازم است پروتکل هايی براي سنتز و اصلاح نانومواد در کاربرد هاي زيستی تدوين شود. توجه به اين نکته ضروری است که دانش اثر نانوذرات بر سلامت انسان بسيار محدود است بنابراين مطالعات نانوسم شناسی روی اثرات نانوساختار های مصنوع بر ارگانيسم های زنده از اهميت بالايی برخوردار است.

پزشکی هسته ای

تاریخچه پزشکی هسته ای

یكی از روش های تشخیصی- درمانی ارزشمند در طب، پزشكی هسته ای می باشد. این شاخه از پزشکی، در سال ۱۸۹۵ با كشف اشعه X و در سال ۱۹۳۴ با كشف مواد رادیواكتیو آغاز گردید. اولین استفاده كلینیكی مواد رادیواكتیو، در سال ۱۹۳۷ جهت درمان لوسمی در دانشگاه كالیفرنیا در بروكلی بود. بعد از آن در سال ۱۹۴۶ با استفاده از این مواد توانستند در یك بیمار مبتلا به سرطان تیروئید از پیشرفت این بیماری جلوگیری كنند.

تا سال ۱۹۵۰ كاربرد كلینیكی مواد رادیواكتیو رواج نیافت. طی سال های بعد از آن متخصصین و فیزیكدانان به این واقعیت پی بردند كه می توان از تجمع رادیو داروها در ارگان هدف، تصاویری از آن تهیه نمود و یا به درمان بافت آسیب دیده كمك کرد. به طوری كه در اواسط دهه ۶۰، مطالعات بسیاری در زمینه طراحی تجهیزات لازم برای این هدف، آغاز گردید. در دهه ۱۹۷۰ توانستند با روش جاروب نمودن از ارگان های دیگر بدن مانند كبد و طحال، تومورهای مغزی و مجاری گوارشی تصاویری را تهیه کنند. در دهه ۱۹۸۰ از رادیو داروها جهت تشخیص بیماری های قلبی استفاده شد و هم اكنون نیز از پزشكی هسته ای با اطمینان بسیار بالایی، در درمان، تشخیص و پیگیری روند درمان بیماری ها استفاده می گردد. وقایع مهم و مؤثر بر رشد پزشكی هسته ای در ادامه آورده شده است.

۱۸۹۶ :هنری بكرل (Henri Becquerel)اشعه ساطع شده از اورانیوم را كشف كرد.

۱۸۹۷ :ماری كوری (Marie Curie) این تابش را رادیواكتیویته نامید.

۱۹۰۱ :هنری الكساندر دانلوس (Henri Alexander Danlos) و یوگن بلاچ(Eugene Bloch) ، رادیوم را در تماس با ناراحتی پوستی توبركولوز قرار دادند.

۱۹۰۳ :الكساندر گراهامبل (Alexander Graham Bell) جایگذاری منبع اورانیوم در داخل و یا نزدیكی بافت تومورال را پیشنهاد کرد.

۱۹۱۳ :فردریك پروسچر (Frederick Proescher) برای اولین بار مطالعه درمان بیماری های مختلف را توسط تزریق وریدی اورانیوم بنیان نهاد.

۱۹۲۴ :جرج هوسی (Georg Hevesy)، كریستینسن (Christiansen)و لومهولت (Lomholt)، اولین ردیاب رادیواكتیو را بر روی حیوانات آزمایش نمودند.

۱۹۳۶ :جان لارنس (John Lawrence)، اولین كاربرد كلینیكی رادیونوكلوئیدهای خاص را در درمان لوسمی بنیان نهاد.

۱۹۴۰ :راكفلر (Rockefeller) اولین سیكلوترون را جهت تولید رادیوایزوتوپ های ویژه پزشكی در دانشگاه واشنگتن اختصاص داد.

۱۹۴۶ :ساموئل سدلین (Samuel Seidlin)، لئو مارینلی (Leo Marinelli)و الینور اشری (Eleanor Oshry)، یك بیمار با سرطان تیروئید را با I-131 درمان كردند.

۱۹۴۷ :بندیكت كاسن (Benedict Cassen)یُد رادیواكتیو را جهت تشخیص و افتراق ندول های بدخیم و خوش خیم تیروئید بكار برد.

۱۹۵۱ :سازمان دارو و غذای آمریكا (FDA) استفاده از I-131 را برای بیماری های تیروئید تأیید کرد. این اولین مصوبه FDA در رابطه با رادیو ایزوتوپ ها بود.

۱۹۵۴ :دیوید كول (David Kuhl)یك سیستم ثبت فوتونی را برای اسكن رادیونوكلئیدها اختراع كرد. این پیشرفت، پزشكی هسته ای را هم جهت با رادیولوژی به سمت پیشرفت های بیشتر هدایت نمود.

۱۹۶۲ :دیوید كول (David Kuhl) بازسازی تصاویر توموگرافی نشر شده را ابداع نمود. بعدها این روش SPECT/PET نام گرفت. تعمیم این روش در رادیولوژی همان CT می باشد.

۱۹۶۳ : FDA تنظیم ملزومات و قوانین داروهای جدید مرتبط با رادیو داروها را به سازمان انرژی اتمی واگذار کرد.

۱۹۷۰ : FDA اعلام نمود كه با توجه به كاربردهای این مواد، رادیو داروها را می توان با عنوان دارو خطاب کرد.

۱۹۷۱ :سازمان پزشكی آمریكا، پزشكی هسته ای را به عنوان یكی از شاخه های طب، به رسمیت شناخت.

۱۹۷۳ :ویلیام استراس (William Strauss)، تست ورزش را به عنوان اسكن میوكارد معرفی کرد.

۱۹۷۶ :جان كیز (John Keyes)اولین دوربین SPECT را طراحی نمود و رونالد جازاك اولین هد دوربین SPECT را طراحی كرد.

۱۹۸۱ :مچ(Mach) از مواد رادیواكتیو جهت تصویربرداری از تومورها استفاده کرد.

۱۹۸۲ :استیو لارسون (Steve Larson) و جف كاراسكوایلو (Jeff Carrasquillo)بیماران سرطانی ملانومای بدخیم را تحت درمان قرار دادند.

۱۹۸۹ : FDA اولین رادیو داروی پوزیترون را جهت تصویربرداری پرفیوژن ملانوما تصویب نمود.

۱۹۹۲ : FDA اولین رادیو داروی آنتی بادی را جهت تصویربرداری از تومور تصویب كرد.

تاریخچه پزشکی هسته ای در ایران                                                

استفاده از مواد پرتوزا در پزشکی در ایران با سنجش مقدار یُد رادیواکتیو در سال ۱۳۳۹به وسیله یک شمارشگر گایگر در آزمایشگاه پیمان مرکزی دانشکده علوم پزشکی تهران آغاز گردید. در این راستا، یک کارشناس بریتانیایی به نام Malcolm Cuthbert Nokes سهم بزرگی در پیشرفت کار پزشکی هسته‌ای در ایران ایفا کرد. با یاری وی، دکتر نظام مافی

برای اولین بار در سال ۱۳۴۰ با یک پویشگر تیروئید، تحقیقاتی را به انجام رسانید و پایه‌های پزشکی هسته‌ای را در ایران بنا نهاد . در سال ۱۳۴۶، مرکز پزشکی هسته ای و تحقیقات غدد مترشحه داخلی دانشگاه تهران تاسیس شد که در واقع اولین و قدیمی ترین مرکز پزشکی هسته‌ای کشور محسوب می‌شود. امکانات این بخش در آن زمان در حد یک دستگاه دوربین انگر بود که تدریجاً مجهزتر گردید.

چشمه های رادیواکتیو برای پزشکی هسته ای

سودمندترین رادیو ایزوتوپها در پزشکی هسته ای رادیوایزوتوپهای تابش کننده گاما می باشند ،زیرا پرتوهای تابش شده از این مواد در درون بدن را می توان از بیرون بدن به سادگی تشخیص داد.اندازه های کاربردی مواد رادیواکتیو در روشهای تشخیص از دید جرم بسیار اندک است (نزدیک به میکروگرم) به گونه ای که این مواد بر روندکارهای فیزیولوژیک بدن اثری ندارند.رادیوایزوتوپها بیشتر به گونه ترکیبی ، وارد بدن می شوند. ترکیب های یاد شده مولکولهای نشاندار هستند.

یک مولکول نشاندار مولکولی است که یک یا چند اتم آن رادیواکتیو باشد.ترکیبات رادیواکتیو، داروهای رادیواکتیو یا رادیوداروها باید از استانداردهای ویژه خالص بودن شیمیایی و دارویی برخوردار باشد. بیشتر رادیوداروهای پزشکی هسته ای از شرکتهای بازرگانی دارویی که چگونگی ویژگیهای رادیوداروها را کنترل می کنند خریداری می شوند. تنها کاری که پزشک یا کاربر باید انجام دهد بکارگیری جدولی برای تعیین اندازه دگرگون شده این رادیوداروها از زمان آخرین اندازه گیری اکتیویته آنهاست.برای نشاندار کردن مولکولها شماری از رادیوایزوتوپها بکار برده می شود. این رادیوایزوتوپها بیشتر تابش کنندههای گاما و دارای ویژگیهای گوناگون فیزیکی هستند. نمونه این رادیوایزوتوپها رادیوایزوتوپهای ۵۳I , 43Tc , 79Au , 15P , 31Ga و … می باشند که به راههای گوناگون تهیه می شوند. البته باید یادآوری کرد که رادیوایزوتوپهای مناسبی از عنصرهای کلیدی هیدروژن و اکسیژن و کربن وجود ندارد، ولی امروزه با به کارگیری شتابنده هایی مانند سیکلوترون در بیمارستانهای پیشرفته ،برخی از سختی های کار از میان برداشته شده است.

برای نمونه رادیوایزوتوپهایی را در جایگاه مصرف تولید می کنند که نیمه عمر چند دقیقه ای دارند .نمونه این رادیوایزوتوپها Ga , Fe , F , O می باشد. O با نیمه عمر دو دقیقه ای به سرعت جذب بدن می شود و در همین زمان کوتاه می توان بررسیهای دقیق فیزیولوژیک انجام داد. شماری از رادیوایزوتوپهای کاربردی در پزشکی از ژنراتورهایی بدست می آیند که درباره آنها بیشتر گفتگو خواهد شد. رادیوایزوتوپهای مورد استفاده در کارهای تشخیصی باید تابش کننده گاما بوده گاهی پوزیترون بکار می رود و نیمه عمر مناسب کارتشخیصی را داشته باشند.از با ارزش ترین رادیوایزوتوپها در کار تشخیص، Tc است که شمار فراوانی از ترکیب های شیمیایی کاربردی را با آن نشاندار می کنند. تکنسیم بصورت پرتکنتات سدیم ( NaTco12 ) برای نشاندار کردن بکار می رود. درتهیه این مولکولها در آغاز پرتکنتات به یون Tc کاهش داده شده و سپس آنرا با ماده شیمیایی دلخواه بصورت کمپلکس در می آورند. ماده شیمیایی آماده است و تنها باید پرتکنتات بگونه ای استریل و بدون پیروژن به آن افزوده شود

و پس از چند دقیقه ترکیب برای کاربری آماده است. راندمان این فرایند شیمیایی به ۹۰ درصد می رسد و باقیمانده ترکیب نشده به گونه ناخالصی درترکیب وجود خواهد داشت.به علت تابش شدید پرتو در ترکیب ،ترکیب های یاد شده می توانند دی ناتوره شوند از این رو ترکیب بدست آمده باید در همان روز بکار برده شود و اگر اجبار در نگهداری آنها وجود داشته باشد،

باید با افزودن نگهدارنده های مناسب در دمای پایین نگهداری شوند.رادیوایزوتوپهای پرکابرد پزشکی بیشتر از ژنراتورها بدست می آیند. دو رادیوایزوتوپ بسیار پرکاربرد برای کارهای تشخیصی و درمانی رادیوایزوتوپهای Tc و I می باشند. نیمه عمر ۸ روزه I اجازه می دهد که آن را به جاهای دور دست انتقال دهند. این رادیو دارو در درمان سرطان تیروئید و همچنین کنترل پرکاری آن نقش اساسی دارد.تکنیسم با نیمه عمر ۶ ساعته اجازه می دهد که بیشتر کارهای تشخیصی به آسانی انجام پذیرد.

ژنراتورهای مواد رادیواکتیو

در یک ژنراتور یک رادیوایزوتوپ دختر با نیمه عمر کوتاه که کاربرد پزشکی دارد از یک رادیوایزوتوپ مادر که نیمه عمر طولانی دارد به دست می آید. نمونه های این ژنراتورها چنین اند:

Tc (6 hrs)

Mo (67 hrs)

(I( 2.3 hrs

Te ( 78 hrs)

Sr (2.8 hrs)

Y ( 80 hrs)

a ( 67 min)

Ge (271 ds)

Kr ( 13 Sec)

Rb ( 4.6 hrs)

رادیو اکتیویته ها در بافت هدف تجمع می کنند بعضی از رادیو ایزوتوپ ها که بافت هدفشان چند گانه است در اسکن از کل بدن کاربرد دارند.به طور مثال رادیو ایزوتوپ TC-Dtpa در ناحیه ی کلیه و TC_ Dmsa در ناحیه ی کبد تجمع می کنند .وقتی رادیو ایزوتوپ تجویز شد به سه شکل به بیمار داده می شود:

۱ – درون رگ تزریق می کنند ۲ – به صورت خوراکی ۳ – استنشاق

آشکارسازی پرتوها در پزشکی هسته ای

دو گونه جداگانه از شمارش در پزشکی هسته ای انجام می گیرد:

الف)جهت تعیین اندازه رادیواکتیویته در نمونه یا حجمی معین

– اتاقک یونش

– آشکار ساز کنترگایگر مولر

ب)جهت تعیین چگونگی پخش رادیواکتیویته در بدن

-دستگاه های نگاره برداری

اتاقک یونش

ساختار یک اتاقک یونیزاسیون

اتاقک یونیزاسیون را می‌توانیم به صورت یک خازن با صفحات موازی تلقی کنیم که ناحیه بین صفحات آن را گازی که معمولا هواست، پر کرده است. میدان الکتریکی در این ناحیه مانع از ترکیب مجدد یونها و الکترونها می‌شود و برای درک بهتر وضعیت درون اتاقک باید گفت در حالی که ابری از الکترونها به سوی صفحه متصل به پتانسیل مثبت رانده می‌شود، یونهای مثبت به طرف صفحه دیگر خازن سوق داده می‌شود.برای ورود دسته پرتوها به داخل اتاقک ، روی بدنه جانبی اتاقک سوراخی تعبیه شده است و برای اینکه پرتوهای ورودی بتوانند بدون برخورد به مانعی (بجز هوا) از اتاقک خارج بشوند، در مقابل همین سوراخ ، روی بدنه مقابل ، سوراخ وسیع‌تری ایجاد شده است.

طرز کار اتاقک یونیزاسیون

هنگامی که پرتوها از سوراخ اول وارد و از سوراخ دوم خارج می‌شوند، در محدوده طول مسیر خود ، حجم مشخصی از هوای درون اتاقک را یونیزه می‌کنند. الکترونها و یونهای تولید شده تحت تاثیر میدان الکتریکی هر کدام به سمت صفحات مخالف حرکت می‌کنند تا به آن برسند. با اندازه گیری مقدار بار الکتریکی که به یکی از صفحات رسیده است و با دانستن مقدار حجم هوایی که در آن یون سازی صورت گرفته،

می‌توان به کمیت پرتو پی برد. برای اندازه گیری دقیق مقدار پرتوها با این وسیله نکات مهم زیر رعایت می‌گردد: ابعاد اتاقک طوری انتخاب می‌شود که پرتوهای یونساز تمام انرژی خودشان را درون اتاقک از دست بدهند و به همین دلیل ابعاد اتاقک تابع انرژی پرتوهاست. با گذاردن مانع کافی در سر راه پرتوها ، بجز آنچه از سوراخ تعبیه شده وارد اتاقک می‌شود، از ورود بقیه پرتوها جلوگیری می‌شود.سعی می‌شود

که بین دو صفحه فلزی و بخصوص در محدوده‌ای که یونها جمع‌آوری و اندازه گیری می‌شوند، شدت میدان الکتریکی یکنواخت باشد و به همین سبب است که یکی از صفحات جاذب یونها به سه قسمت تقسیم می‌شود و فقط یونهایی که در محوطه میانی اتاقک تولید می‌شوند، جمع‌آوری و اندازه گیری می‌شوند. با دخالت دادن ضریبی که مربوط به تاثیر درجه حرارت و فشار در حجم هوای مورد تابش است، نتایج حاصل از اندازه گیریها تصحیح می‌گردد.

سیستم های دزیمتری با اتاقک یونش

1-اتاقک ها والکترومترها

اتاقک های یونش،درپرتودرمانی وپرتوشناسی تشخیصی برای تعیین دزتابش مورداستفاده قرار می گیرند.تعیین دزدرشرایط پرتودهی مرجع،مدرج سازی باریکه نیز نامیده می شود.اتاقک های یونش بسته به نیازهای خاص به شکل ها واندازه های مختلفی عرضه می شوند،ولی همگی به طورکلی ویژگیهای زیر را دارا هستند:

یک اتاقک یونش اصولاحفره ای پر از گازاست که توسط یک دیواره خارجی فلزی احاطه شده است ودارای یک الکترود مرکزی جمع آوری کننده می باشد.دیواره والکترود جمع آوری کننده توسط یک عایق با کیفیت بالا از یکدیگرجداشده اند،تاهنگامی که یک ولتاژ قطبی کننده براتاقک اعمال می شود،نشت جریان راکاهش دهد.

معمولایک الکترودمحافظ دراتاقک تدارک دیده شده است تا نشتی اتاقک رابیشتر کاهش دهد.الکترودمحافظ باگذشتن ازکنارالکترودجمع آوری کننده باجریان نشتی تلاقی کرده، به آن اجازه میدهد تابه زمین شارش پیداکند.

2- اتاقک های یونش استوانه ای(ازنوع انگشتانه ای(

عمومی ترین اتاقک یونش استوانه ای،اتاقک۶/۰۳CM است که به منظور مدرج سازی باریکه درزیمتری پرتو درمانی توسط فارمرطراحی شده وتوسط بالدوین ساخته شده است،ولی اکنون توسط فروشندگان مختلف عرضه می شود.حجم حساس اتاقک آن شبیه انگشتانه است،واز این رواتاقک فارمر،اتاقک انگشتانه ای نیزنامیده میشود. طرح واره ای ازیک اتاقک یونش انگشتانه ای فارمر در شکل زیر نشان داده شده است.

3- اتاقکهای یونش باصفحه موازی

یک اتاقک یونش با صفحه موازی (موازی صفحه ای) ازدو دیواره صفحه ای تشکیل شده است که یکی بصورت پنجره ورودی والکترودقطبی کننده عمل می کند ودیگری بصورت دیواره پشتی والکترودجمع آوری کننده وهمچنین سیستم حلقه محافظ عمل می کند.

دیواره پشتی معمولا قطعه ای ازپلاستیک رسانا یا ماده ای نارسانا(معمولاپرسپکس یاپلی استیرن)با لایه ی رسانای نازکی ازجنس گرافیت برروی سطحش است که الکترود جمع آوری کننده وسیستم حلقه محافظ راشکل می دهد.

طرح واره ای ازیک اتاق یونش با صفحه موازی

4- اتاقک های براکی تراپی

چشمه های مورداستفاده دربراکی تراپی،چشمه هایی باآهنگ گرمای هوای پائین هستنـــد که به اتاقک های باحجــم کافـــی حدود(۲۵۰cm3یابیشتر)نیاز دارندتاحساسیت مناسبی داشته باشند.اتاقکهای چاهکی یا باقابلیت ورودمجددبطورایده آلــی برای مدرج سازی واستانداردسازی چشمه های براکی تراپی مناسبند.اتاقک های براکی تراپی باید طوری طراحی شوندکه چشمه های دارای ابعادوشکلهای معمول مورداستفاده بالینی دربراکی تراپی رادرخودجای دهندومعمولابرحسب آهنگ مرجع گرمای هوامدرج می شوند.

طرح پایه ای یک اتاقک براکی تراپی

5- اتاقکهای برون یابی

اتاقکهای برون یابی،اتاقکهای باصفحه موازی ای باحجم حساس قابل تغییرهستند.ازآنها دراندازه گیردزهای سطحی درپرتوهایXو مگاولتاژودردزیمتری پرتوهای بتا وایکس کم انرژی استفاده میشود. علاوه براین،هنگامی که مستقیــمادریک فانــتوم معادل بافت قرار می گیرند،میتوان از آنهادردزیمتری مطلـــق،تابش نیزاستفاده کرد. باانجام اندازه گیــریهای بصورت تابعی ازضخامت حفـــره وسپس برون یابی تاضخامت صفر،می توان اثراغتشــاشی حفره رابرای الکترون حذف کرد.بااستفاده ازاین اتاقک می توان اغتشاش حفره رابرای اتاقکهای باصفحه موازی که دارای ضخامت محدودی اند تخمین زد.

آشکار ساز کنترگایگر مولر

آشکارسازها ابزاری هستند که برای سنجش و آشکارسازی شدت و یا طیف یونیزاسیون و یا غیر یونیزاسیون به کار می‌رود. اساس کار اکثر آشکارسازها مشابه است. متناسب با این که بخواهیم چه نوع ذره‌ای را آشکار کنیم باید از آشکارسازهای خاصی استفاده کنیم.

آشکارسازهای گازی از جمله مهم ترین و پرکاربردترین آشکارسازها محسوب می‌شوند. برای اولین بار در سال ۱۹۰۸ آشکارسازهای گازی برای آشکارسازی اشعه توسط گایگر مولر در آزمایشگاه رادرفور استفاده شد و پس از آن برای آشکارسازی و سنجش اشعه مورد استفاده قرار می‌گیرد. آشکارساز گایگر مولر (G- M) آشکارساز گایگر نیز نامیده می‌شود. این آشکارساز، شمارنده‌ای برای ذرات بنیادی و ذرات باردار هم چنین برای سنجش اشعه ایکس، گاما، ذرات آلفا و ذرات بتا نیز کاربردهای فراوان دارد. آشکارساز گایگر از جمله آشکارسازهایی است که برای سنجش میزان آلودگی رادیواکتیو نیز استفاده می‌شود.

تصویر یک آشکارساز گایگر مولر

اساس کار آشکارساز گایگر مولر

مبنای کار بدین صورت است که زمانی که یک پرتو یا ذره‌ی شتابدار در حجم گاز وارد می‌شود، یونیزه می‌شود.اگر اختلاف پتانسیلی بین دو الکترود برقرار باشد، میدان الکتریکی در گاز ایجاد شده و نیرویی از طرف میدان به یون‌ها وارد شده و یون‌های مثبت را به الکترود منفی و یون‌های منفی را به سمت الکترود مثبت هدایت می‌کند.

حرکت یون‌ها منجر به تولید جریان الکتریکی لحظه‌ای می‌شود. جریان تولید شده به وسیله‌ی یک الکترومتر با حساسیت متوسط قابل اندازه گیری است. شدت جریان تولید شده به عواملی از جمله اختلاف پتانسیل الکترودها، فاصله‌ی دو الکترود، نوع گاز، حجم گاز، فشار و دمای گاز بستگی دارد که از بین این عوامل اختلاف پتانسیل بین دو الکترود مهم ترین عامل تأثیرگذار در شدت جریان است.

اگر ولتاژی بین دو الکترود برقرار نباشد. یون‌ها در محیط گازی ترکیب شده و اتم یا مولکول خنثی ایجاد شده و جریانی حاصل نمی‌شود. هر نوع گازی را می‌توان در آشکارسازهای گایگر استفاده کرد، البته همان طور که گفته شد نوع گاز نیز در سنجش و آشکارسازی ذرات با ایجاد جریان مۆثر است. هوا و کلر از جمله گازهایی هستند که بهتر است در این آشکارسازها استفاده می‌شوند.

تصویر اجزاء درونی آشکارساز گایگر مولر

آشکارساز گایگر مولر قادر است حتی با وجود یک زوج یون در محیط گازی جریان و پالس ایجاد کند. بنابراین اگر اشعه‌ای وارد حجم گازی آشکارساز وارد شود حتماً شمرده خواهد شد. پالس‌های تشکیل شده توسط این آشکارسازها ارتفاع بیشتری نسبت به بسیاری از انواع دیگری از آشکارسازهای دارند و هم چنین نیازی به استفاده‌ی تقویت کننده در آشکارسازهای گایگر نیست.

دستگاه های نگاره برداری در پزشکی هسته ای

در تشخیص ،آگاهی از چگونگی پخش مواد رادیواکتیو در یک عضو بسیار با ارزش است. نگاره برداری از چگونگی پخش مواد رادیواکتیو دربدن ،امروزه مهمترین کار پزشکی هسته ای است. امروزه نگاره برداری پرشکی هسته ای با بکارگیری آشکارسازهای سوسوزن(سینتیلاسیون)انجام می شود.

آشکارسازهای سنتیلاتور

بعضی از مواد ( مثلا فسفات زنگ ) وقتی در معرض اشعه رادیواکتیو قرار میگیرند از خود نور مرئی ساطع می کنند و چون این نور به صورت جرقه مشاهده میشود لذا آنها را مواد جرقه زن یا سنتیلاتور می نامند .

این پدیده از زمانهای خیلی پیش مشاهده شده بود ولی چون اندازه گیری نور مرئی جزئی که از این مواد ساطع میشود تقریبا غیرممکن بود لذا کسی به این روش اندازه گیری توجه نمی کرد . تا اینکه بعد از پیدایش لوله های فوتو مولتی پلیر توانستند این دو وسیله را با هم استفاده نمایند . اکنون ترکیب این دو وسیله عمده ترین دستگاه اندازه گیری اشعه رادیواکتیو در ازمایشگاه های طب هسته ای می باشند .

مکانیزم کار شمارنده سنتیلاتور

وقتی که تابش یونیزه کننده از داخل سنتیلاتور عبورمی کند، فوتون هائی را بوجود می آورد. فوتو مولتی پلیر دارای لایه ای با خاصیت فوتو الکتریک می باشد. وقتی نور با این لایه برخورد می کند، الکترون از آن خارج می شود. تعداد الکترون های خارج شده تابع شمار فوتون هائی است که با فوتو کاتد برخورد می کنند. الکترون های گسیل شده توسط سطح فوتو کاتد در میدان الکتریکی شتاب می گیرند و به طرف داینود رانده می شوند.

داینود صفحه ای است با رویه ای خاص که الکترون ها به آسانی از آن کنده می شوند . هر الکترونی که به داینود می رسد بسته به انرژی ای که از میدان الکتریکی کسب می کند ، حدود سه یا چهار الکترون از داینود می کند.سپس الکترون هایی که از داینود گسیل می شوند ، به طرف دومین داینود شتاب می گیرند و هر یک از الکترون ها چندین الکترون دیگر را از این داینود جدا می سازند و این فرآیند چندین بار با تعداد الکترون هایی که در هر داینود سه یا چهار برابر شده اند تکرار می شود

تکثیر کننده های فوتونی موجود ۶ تا ۱۴ مرحله ای هستند . الکترون های آخرین داینود بار کل Q توسط یک صفحه ( که آند نام دارد ) جمع می شوند و از آنجا الکترون ها به طرف خازن جریان پیدا می کنند . در نتیجه در خازن C باری برابر به بار خازن القا می شود که در خروجی ایجاد ولتاژ می کند که این به کمک مدار RC به صورت یک پالس می باشد .

مواد سنتیلاتور

بعضی از مواد می توانند انرژی جذب نموده و مقداری از آن را به صورت نور مجدد تابش نمایند ، این عمل لومینسانس نام دارد .موادی که تابش مجدد را در طول زمانی در حدود چند میکرو ثانیه یا کمتر انجام می دهند ، به مواد فلوئورسان موسوم هستند .موادی که فاصله زمانی جذب انرژی و پس دادن آن به صورت نور برایشان طولانی تر است ، فسفر سان نام دارند . در آشکارسازی تابش ها فقط مواد فلوئورسان بکار می روند . وقتی برای چنین منظوری مورد استفاده قرار می گیرند سنتیلاتور نامیده می شوند .

یکی از خواص لازم برای سنتیلاتور این است که باید به مقدار زیاد نسبت به فوتون هایی که تابش می کنند شفاف باشند . قسمتی از فوتون های که به وسیله سنتیلاتور جذب می گردد ، بستگی به نوع ماده دارد . سنتیلاتور های غیر آلی تقریبا ۱۰۰ درصد شفاف هستند . سنتیلاتور های آلی به طور کلی شفافیت کم دارند .انواع مختلف سنتیلاتور مورد استفاده قرار می گیرند . مواد غیر آلی جامد بیشتر ی دور فلزات قلیایی و مواد جامد آلی ، به مقدار زیاد هیدروکربور های معطر جانشین شده ، محلول های آلی در حلال های مایع و یا پلاستیک از مواد سنتیلاتور هستند .

آشکارسازی اشعه گاما به وسیله ی شمارنده های سنتیلاسیون

اشعه گاما در نتیجه یکی از مراحل زیر در سنتیلاتور متوقف می گردد :

۱ – فتوالکتریک

۲ – پدیده کامپتون

۳ – پدیده تولید جفت

در مرحله اول الکترون ها به وجود می آیند و در مرحله سوم الکترون ها و پوزیترون ها ایجاد می شوند . این ذرات بار دار سنتیلاتور را تحریک کرده و فوتون ها را به وجود می آورند . بنابراین ارتفاع پالس ایجاد شده به وسیله اشعه گاما متناسب با انرژی الکترون و پوزیترون می باشد . می توان نتیجه گرفت که توزیع ارتفاع پالس ( یعنی تعداد پالس ها بر حسب ارتفاع پالس ) تابع سطح مقطع های نسبی در این مرحله است .هر نوع سنتیلاتور را می توان برای آشکار سازی ذرات باردار به کار برد . به عنوان مثال برای ذرات آلفا چون برد آنها خیلی کوچک است ، کریستال های نازک به کار می برند .

در شمارش بتا با سنتیلاتورها باید توجه خاصی به این دو فاکتور شود :

۱ – پراکندگی به عقب

۲ – توزیع انرژی اتصالی برای ذرات بتا از منابع رادیواکتیو

پراکندگی به عقب در مورد سنتیلاتورهای پلاستیک آلی خیلی کوچک است ،لذا این نوع کریستال ها برای اسپکتروسکپی الکترون مورد استفاده قرار می گیرد.

تصویربرداری مولکولی

تصویربرداری مولکولی به تصویربرداری که از روشهای بیولوژیکی استفاده می کنند تصویربرداری مولکولی گفته می شود. این تصاویر از آزمایشگاههای تشخیصی بدست می آید. کاربرد آن در تحقیقات برای سادگی آزمایشات عملکرد متابولیک الگوهای تظاهرات ژنی یا پرسشهای فارماکولوژیکی در ارگانهای زنده می باشد.

با گشودن رموز ژنوم (مجموعه‌ای از ژنهای سلولهای جنسی) انسانی و با دانستن مراحل پاتولوژیکی در سطح مولکولی – (در راستای پیشرفتهای تکنولوژی) – تصویربرداری با روش تشخیص بیولوژیکی مولکولی ایجاد خواهد شد. به تصویربرداریهای پزشکی که از تکنیکهای بیولوژیکی مولکولی بدست آمده از آزمایشگهاههای تشخیص استفاده می‌کنند، تصویربرداری مولکولی گفته می‌شود.

در تشخیص پزشکی روش تصویربرداری پزشکی راه را برای رسیدن به یک پیشرفت مهم در زمینه شناخت بیماریهای وابسته مولکولی هموار می‌کند. از آن زمان تا به حال همیشه تغییرات در سطح مولکولی بر بازسازی آناتومیکی در تصویربرداری‌های کانورژنال (مرسوم) پیش است و روشهای تصویربرداری بیولوژیکی مولکولی قادر به تشخیص سریعتر مرحله یک بیماری است.
در این مقالهdriving forces (نیروهای محرک) تصویربرداری مولکولی مختصراً شرح داده می‌شود و یک تأثیر از پتانسیل این روشها را بیان می‌کند.

تصویربرداری مولکولی چیست؟

تصویربرداری مولکولی را می‌توان هنگام اندازه‌گیریin vivo و توصیف مراحل بیولوژیکی در سطح سلولی مولکولی تعریف کرد. در مقایسه با روش تصویربرداری تشخیصی کانورژنال این روش ابنرمالی‌های مولکولی مهم را که در زمینه بیماری قرار دارد را به جای نشان دادن تأثیر یا شناسایی آناتومیکی تغییر ملکولی نشان می‌دهد. اصولاً تصویربرداری مولکولی بر تکنیکهای بیولوژیکی (مولکولی) بنیادی یکسان که دهه‌ها در تشخیص‌هایinvitro استفاده می‌شود، بنا شده است. به خصوص تکنولوژیهای آنتی بادی و پپتید شیمیایی. پارامترهای سلولی آشکار شده همانند گیرنده‌ای(receptor) سطح سلول و فعالیتهای آنزیمی همچنین می‌توانند یکسان باشند.
بنابراین جنبه‌های توکسیکولوژی یاسدهای انتقال آناتومیکی مانندسدعروقی مغزیBBB)       ( در تشخیص‌های آزمایشگاهی اهمیت ندارند، سازگاری زیستی و انتقال مستقیم به بخش هدف یا سلول هدف از فاکتورهای قطعی بر موفقیت کلینیکی یک عامل کنتراست (بیولوژیکی مولکولی) هستند.
عناصر کلیدی زیر برای تصویربرداری مولکولی مورد نیاز است:
i. عامل کنتراست طراحی شده برای نشان دادن مولکول خواسته شده. ( برای مهمترین قسمت ماکرومولکولهای بیولوژیکی وجود دارد.)
ii. یک مکانیسم تقویت کننده
iii. و یک وسیله تصویربرداری مناسب
برای آشکار ساختن تومورها از عامل کنتراست استفاده می‌شود. به عنوان مثال: آنتی‌بادیهایی که به طور انتخابی، باسطح نشاندار یک سلول بدخیم باند می‌شوند. در این موارد، استفاده از مشتقات آنتی‌بادی ساخته شده ژنتیکی در مقایسه با آنتی‌بادیهای طبیعی ترجیح دارد که مقاومت(tolerance)و فارماکوکنیتک را بهبود بخشیده است.
اگر عامل کنتراست با یک نشانگر مانند رادیونوکلئیدها و رنگ‌های فلورسنت برای به تصویر کشیدن همراه شود، می‌توان مستقیماً با یک آشکارساز خوب و مناسب تصویر را ثبت کرد. از زمانی که مجموعه مولکولهای هدف تنها در محدوده پیکومولار تا نانومولار قرار می‌گیرد، غالباً روشهای تصویربرداری پزشکی هسته‌ای مناسب هستند. در روشهای تصویربرداری با حساسیت پایین مانندMRI باید از مکانیسم‌های تقویت سیگنال اضافی استفاده شود. چنین مکانیسم‌هایی بر روی حیوانات آزمایش شده و در کتابها توضیح داده شده‌اند. اصولاً این مکانیسم‌ها شامل ژن‌تراپی (ژن‌درمانی) می‌شود که روشهایی هستند که بر اساس عملکرد   DNAخارجی هستند.

نیروهای هدایت کننده (محرک) تصویربرداری مولکولیdriving forces
تکنولوژی اطلاعات، میکروالکترون‌ها و ارزش بهینه‌سازی شدیداً تصویربرداری پزشکی را متأثر می‌کند. هدایتگرهای خاص تصویربرداری مولکولی شامل تحقیق علوم زیستی پایه می‌شود که تحقیق و توسعه فارماکولوژی (داروشناسی) و مفهوم ترانوسیتکtheranostic و ژن‌درمانی است. این فاکتورها در جزئیات مهم‌تر آنچه دنبال می‌گردد، آزمایش خواهد شد.

تصویربرداری مولکولی در تحقیق علوم زیستی پایه و توسعه داروسازی
تحقیق و توسعه فارماکولوژیکی بر تحقیقات پرخطر و پر هزینه بنا شده است. میزان موفقیت اسکرینیگ مرکب پیش کلینیکی کمتر از ۱۰% است. ۹۰% داروهای انتخابی دیگر در طول آزمایشات انسانی بعد کلینیکی رد می‌شود.
برای آزمایشات اولیه بر روی انسانها که به طور متوسط برای هر داروی تصویب شده جدید ۵۰۰ میلیون دلار را در بر می‌گیرد، هزینه ایجاد می‌گردد. در نتیجه افزایش تقاضا برای تحقیق در زمینه طرحهای تحقیقاتی آینده ژنوم انسانی، قیمتها حتی بالاتر خواهند رفت.
طبق مطالعات برنامه‌ریزی شدهMckinsey پیش‌بینی شده که هزینه (بودجه)D وR یک شرکت داروسازی بزرگ معروف دو برابر می‌شود یعنی از ۶/۱ بیلیون دلار به ۲/۳بیلیون دلار تا سال ۲۰۰۵ می‌رسد. در واقع فشارهای قیمت نسبتاً زیاد به مجوز مدت مصرف دارو و رقابت بین تولیدکننده‌های داروهای ژنریک بستگی دارد.
مطابقMckinsey نوآوریهای تکنولوژی ممکن است بتوانند که قیمتهای  Dو Rرا تا ۶/۲بیلیون دلار در سال ۲۰۰۵ محدود کنند. در حال حاضر مهمترین امکان پیشرفت که بررسی شده، افزایشthroughput آزمایشات مرکب زودرس به طریق
HTS (high throughput screeing) است.
وقتی که داروهای مشتق شده از ژنوم انسانی کشف نشده‌اند، اهمیت اعتبار داروهای بیولوژیکی در آینده افزایش خواهند یافت. آخرین برآوردها یک مجموعه‌ای از ۳۰۰۰۰ ژن انسانی را که برای ۱۰۰ هزار بیمار شناسایی شده را فرض می‌کند. بیشتر از یک دهم بیماران برای اهداف داروهای پتانسیل بررسی شدند. (تنها ۵۰۰ نوع آن بوسیله داروهای اخیر در بازار شناخته شده است.)
هر پروتئین در ارگانیسم بین ۵ تا ۵۰ عملکرد متفاوت دارد. در نتیجه این عملکردهای متعدد و بر همکنش‌ها، شیوه عمل بسیار رایج که بر ژنهای منفرد یا پروتئین‌ها متمرکز شده است برای بهبود درک بیشتر مراحل پاتولوژیک و احتمال ترمیم‌شان از طریق دارودرمانی مناسب نیست.
کاملاً واضح است که تأثیر داروها در یک سیستم مرکب که ممکن است خودشان را در تأثیر لبه نشان دهند، نمی‌توانند در روشهایin vitro تحقیق مورد استفاده قرار گیرند. از آنجا که هدف افزایش میزان موفقیت کلینیکی است لازم است که قبل از آن داروهای انتخاب شده بر روی یک سلول زنده بی‌نقص آزمایش شود و سپس بر روی انسان مورد بررسی قرار بگیرد.
امروزه برای تحقیق در مورد روشهای متابولیکی سلولی مرکب، اغلب سلولها را از بافت جدا می‌کنند و سپس در محیطin vitro در فلاسک‌های رشد پرورش داده می‌شود.
میزان محدودیتهای سیستم‌های مصنوعی از زمانی بیشتر آشکار می‌شود که سلولهای توسعه یافته با شرایط محیطی تغییر یافته و میزان سهم موجود زنده منطبق گردد. در نتیجه آزمایشهای حیوانی به بسیاری از سئوالات داروسازی پاسخ نخواهد داد و همچنین اهمیت آن زمانی بیشتر خواهد شده که نگرانی‌های اخلاقی وجود دارند.
مدلهای حیوانی کوچک هم‌اکنون یک ابزار تحقیق اساسی برای درمانهای جدید معتبر بیولوژیکی را تشکیل می‌دهند. بنابراین در تحقیقات پایه، مدلهای حیوانی کوچک همانند موشهای از پا درآمده (موشهایی که یک ژن خاص آنها برانگیخته شده است.) لازم است. اگرچه مدلهای حیوانی کوچک هنوز کاملاً از تشخیص دور هستند. مهمترین محدودیت بافت ملکولی که آنالیز شده این است که تنها در حیوانات زنده در یک حساسیت محدود شده ممکن است.
بعنوان مثال، قادر است که اندازه‌های کینتیک (جنبشی) عملکرد یک دارو را با چندین مقدار اندازه در بیشتر از یک محدوده زمانی خاص بدست آورد، یک تعداد مشابهی از حیوانها باید در پروتکل آزمایشی خاصی درمان شوند. پس از ان حیوانات آزمایشگاهی باید به طور متوالی کشته شوند. در بسیاری از موارد این عمل مطابق یک آنالیزمولکولی با تمام جزئیات انجام می‌شود. قیمت چنین آزمایشهایی چندان ناچیز نیستند چون موشهای طراحی شده ژنتیکی بسیار گران قیمت هستند.
به علاوه قابلیت تولید و به موجب آن اهمیت آماری یک سری آزمایشان می‌تواد با تفاوتهای فردی و درونی سازش یابد. در این مورد، تکنیک‌هایin vitro می‌توانند با امکان آنالیزهای ملکولی تکرار شونده یک حیوان منفرد راه حلی فراهم کنند.
در نتیجه تصویربرداری مولکولی با حیوانات کوچک زمانی که با کنترل قیمتهای مربوط به توسعه‌های پیش‌کلینیکی همراه شود می‌تواند به طور اساسی بازده اعتبار بیولوژیکی داروهای انتخابی را بهبود بخشد.
نقش تصویربرداری مولکولی در فرضیه ترانوستیک
ترانوستیک هنگامی که رابطه بسیار نزدیکی بین تشخیص و درمان وجود دارد معنی می‌شود. هدف ترانوستیک توانایی انجام درمان مناسب برای بیماران خاص در یک زمان صحیح است.
به طور معمول پزشکان تجربی یک بیماری را از روی علائم و نشانه‌های بیمار تشخیص می‌دهند و درمان اختصاصی را شروع می‌کنند. گاهی تست‌های آزمایشگاهی و روش تصویربرداری بکار گرفته می‌شوند، زمانی درمان را موفق می‌دانند که علائم کمی بعد از دوره درمان ناپدید شود. مدافعان فرضیه ترانوستیک تبدیل سیستم سلامتی را از درمان بیماریها به مراقبتها و خدمات سلامتی پیش‌بینی می‌کنند. اساس این دیدگاه حفظ سلامتی است. با فهمیدن این فرضیه که ثبت مراقبتها را در وضعیت سلامتی بیان می‌کند. تشخیص‌های جامعی بدست خواهد آمد که ترجیحاً درمرحله بدون علامت صورت می‌گیرد. برای تعیین پیشگیری‌های ژنتیکی تنها روش‌های in vitro(آزمایشگاهی) مانند تکنیک چیپDNA بکار خواهد رفت.
اهمیت نقش تصویربرداری در تشخیص‌های زودرس حفظ خواهد شد و توسعه خواهد یافت. از زمانی که تصویربرداری مولکولی قادر به نشان دادن تغییرات در سطح مولکولی است، تشخیص می‌تواند در مرحله اولیه دوره یک بیماری انجام شود، حتی قبل از اینکه تغییرات مولکولی در شکل ساختار آناتومیکی آشکار شوند. به عنوان مثال، استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری بیولوژیکی مولکولی امکان تشخیص پاتولوژی‌های تومور را بیشتر از ۷ سال زودتر از روشهای رایج فراهم می‌کند.
به علاوه برنامه درمان و مونیتورینگ درمان در بهبود بیمار مطابق فرضیه ترانوستیک اهمیت بیشتری دارد. اکنون تصویربرداری مولکولی به طور شایعی برای طرحهای درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. که به طور کامل در شکل (۱) به منظور رادیوتراپی شرح داده شده است. SPECT/ MRI/ CTتصویر ترکیبی موقعیت و توزیع فضایی فعالیت متابولیکی یک تومور پروستات را برای محاسبه توزیع دوز تابشی نشان می‌دهد. شکل (۲) نشان می‌دهد که چطور تصویربرداریdual PET/CT می‌تواند برای مونیتورینگ درمانی بکار رود.
تصویر یک بیمار ۷۴ ساله را بدون لمیفوماهوجکین قبل و بعد شیمی‌درمانی را نشان می‌دهد. از بین رفتن تومور کاملاً آشکار است. در این مثال از فسفر ۱۸نشاندار شده با دی‌اکسید گلوکز به عنوان یک ماده کنتراست برای نشان دادن شرایط متابولیکی تومور استفاده می‌شود.
زوال بدخیمی بوسیله یک مارکر غیر مستقیم بر اساس تغییرات توازن انرژی سلولهای تومور تعیین می‌شود. در آزمایشات حیوانی عامل کنتراست اخیراً توسعه یافته است به طوری که مستقیماً به پیش‌نیازهای حیاتی رشد تومور پی برده‌اند. آنژیوژنز و آلوپتوز و تهاجم بافتی مورد توجه خاص هستند.
شکل (۳) یک تصویر فلوروسنت را از یک مدل تومور حیوانی کوچک نزدیک باند طول موج مادون قرمز نشان می‌دهد. در تومور پستانی انسانی را با تهاجم بافتی مختلف به موش پیوند می‌زنند.
بر طبق متفاوت بودن مقدار تهاجم به موش یک عامل کنتراست فلورسنتی توموری خاص در شرایط غیرفعال تزریق می‌شود. عامل کنتراست درتوموری که تهاجم بیشتری یافته است بوسیله یک آنزیم، یک پروتئاز که رشد تومور را با درگیر کردن اطراف بافت سالم تسهیل می‌کند، فعال می‌شود. عامل کنتراست را می‌توان برای آنزیمهای مختلف تهیه کرد. از زمانی که بسیاری از آنزیم‌ها به عنوان اهداف دارویی برای شیمی درمانی انسانی به کار می‌روند، پیشرفت بسیاری در زمینه طرح درمانی و مونیتورینگ درمانی ایجاد شده است. همچنین تشخیص‌های مولکولی برای انجام کلینیکی درمان اختصاصی بیش از پیش به یک داروی خاص مناسب برای یک مجموعه ژنی بیمار خاص نیاز دارد.
اکنون تعدادی از شرکتهای داروسازی فرضیه ترانوستیک را در بازارهایشان بکار می‌برند. اولین شرکتی که موجب رواج این نظریه شد شرکت فارمانتیکس بود که از وارفارین استفاده کرد. شرکت دیگری نیز به دنبال آن از روش نشاندار کردن دارو استفاده کرد. مقایسه بازارهای مشترک یا طرحهای تبلیغاتی مشترک در آینده به منظور صنعت عامل کنتراست و سازندگان وسایل قابل تصور است.
تصویربرداری مولکولی در طرح درمان و مونیتورینگ ژن درمانی
امکان مالی و تجربیات پزشکی نظریه ترانوستیک هنوز جای بحث دارد. روش آزمون و خطا آنقدر ادامه خواهد یافت تا به درمان‌های مؤثرتر بدون عوارض جانبی برسند. اگرچه بسیار پرخطر و گران قیمت هستند. در چنین مواردی وقتی یک تشخیص با درمان تقریباً متناسب باشند، فاکتور قطعی در جهت بهبود بیمار است. حتی ازدیدگاه مالی افزایش تشخیص‌ها توجیه کننده است.
یکی از درمانهای پرخطر و پرهزینه ژن‌درمانی است. برای هر درمان خاص با عوارض جانبی حدی باید تاریخچه کلینیکی فردی بیمار با اطلاعات تشخیصی متناسب باشد. به طوری که یک روش تشخیصی کم تهاجمی تصویربرداری مولکولی جایگزینی برای بیوپسی و هیستولوژی (بافت شناسی) است. در زمینه ژن‌درمانی در آنکولوژی، تصویربرداری خصوصیات محل و آناتومی یک زخم را نشان نمی‌دهد و همچنین امکان آنالیز مولکولی گیرنده‌ها و خصوصیات ژن را با داشتن اطلاعات بیماران خاص، یک رژیم درمانی در موارد مختلف هر بیماری در شرایط خاص یک بیمار انتخاب شده است. درfollow up (پیگیری) مونیتورینگ ژن‌درمانی نقش یک تعادل مطابق تصویربرداری مولکولی خواهد بود. عوامل ژن‌درمانی بر پایه آدنوویروس‌ها به طور شایع در کبد بدون دسترسی بافت هدف به سنگینی انباشته می‌شود.
عوامل جانبی هپاتوکسیک جدی در برابر تمرکز ناکارآمد عوامل درمانی در بافت هدف، عوامل انباشتگی ژن‌درمانی و حالت ژن خارجی باید در طول دوره درمان بیان شود.
(چگونگی) مدالیته تصویربرداری مولکولی
مدالیته تصویربرداری برای تصویربرداری مولکولی شامل تصویربرداری پزشکی هسته‌ای با پرتوداروهای مانند عوامل کنتراست و دوربین‌های گاما مانند آشکارسازها(SPECTوPET) توموگرافی تشدید مغناطیسی و تصویربرداری‌های نوری مورد توجه است.
روشهای پزشکی هسته‌ای به خاطر حساسیت بالایشان و بدست آوردن تنها مقدار کوچکی از عوامل کنتراست را در محدوده پیکومولار تا نانومولار مناسب هستند. چون واپاشی رادیواکتیو مکانیسم تولید الکترون است، مقداری از نتایج نسبتاً ساده هستند. اگر چه کمیت مشکلتر ایجاد شده است. به وسیله اسکترو تضعیف مقدار در بافت و یکی از عدم مزایای آن قدرت تفکیک فضایی پایین است که مقدار تقریبی آن با وسایلSPECT کلینیکی یک سانتی‌متر است و دامنه میلی‌متری با دستگاههایPET (High end) مانندECAT EXACT HR بدست می‌آید.
امروزه حتی فرآیندهای متابولیکی در سطح مولکولی برای استفاده در رادیوداروهای خاص قابل رؤیت شده‌اند بوسیلهPET متابولیسم گلوکز با کمک فلوئور نشان داده شد(FDG) و استفاده از مولکول به تصویر کشیده شده است. به عنوان مثال اطلاعاتی که در مورد استفاده    SPECTدر شکل ۱ نشان داده شده است. تصویر ۱ یک تومور پروستات را که در هنگام استفاده از سیگنال آنتی‌بادیهای تک‌کولونیIn نشاندار شده نشان می‌دهد. اطلاعات مورفولوژیکی و آناتومیکی این تصویر از طریق یک تصویرCT (استخوان) و یکMRI  (پروستات) بدست می‌آید. تصویر نهایی از سوپراپمیوز شدن این دو تصویر با تکنیک ترکیبی بدست می‌آید.
مزیت عمده توموگرافی تشدید مغناطیسیMR tomography این است که به طور همزمان اطلاعاتی در مورد مورفولوژی و هم در مورد عملکرد فراهم می‌کند. در یک زمان یکسان قدرت تفکیک فضایی بیشتری بدست می‌آید. اگرچه در مقایسه با روشهای تشخیص هسته‌ای، (در دامنه‌های میلی‌مولار) برای تولید سیگنالی با قدرت کافی به طور قابل ملاحظه‌ای به مقدار بیشتری از عوامل کنتراست نیاز است. با افزایش نسبت سینگنال به نویز و قدرت تفکیک فضایی، تکنیکهای اندازه‌گیری مانند انتقال به نیروی دامنه اصلی بالاتر و بهبود دامنه‌های گرادیان قویتر ضروری هستند. اگرچه هر دو تنها در حد محدودی امکان‌پذیر هستند.
MRIیک بستگی محکم قدیمی با روشهای مولکولی در شکلMRI اسپکتروسکوپی داشته است. در اسپکتروسکوپی سلولهای خاصی که در متابولیسم جدا می‌شوند، مورد ارزیابی واقع می‌گردد. اگرچه قدرت تفکیک فضایی بدست آمده با اندازه‌هایvoxel تقریباً ۲ تا ۱ محدود می‌شود.
هنگامی کهMRI نسبتاً غیرحساس است و چگالی‌های عوامل کنتراست بدست آمده بالاست، تصویربرداری مولکولی باMRI تنها به تدریج وارد بخشهای کلینیکی خواهد شد. از این رو روشهای بسیار جالبی برای مکانیسم تقویت سیگنال وجود دارد که بوسیله متابولیسم وMRI مولکولی دارای پتانسیل مهم فعال شده است.
تصویربرداری نوری با عوامل کنتراست فلورسنت روش جالب دیگری را برای جستجوی پردازش‌های مولکولی مانند آنچه در بالا شرح داده شد (شکل ۳) نشان می‌دهد. این روش این امتیاز را دارد که جذب و خاصیت اتوفلورسنتی بافت درنزدیک باند مادون قرمز (طول موجهای بین ۷۰۰ تا ۱۰۰۰ نانومتر) نسبتاً کم است. اگرچه انتشار نور در بافت مانع قدرت تفکیک فضایی بالا می‌شود. در نتیجه روشهای متعدد تصویربرداری نوری موفق‌تر خواهند بود. در هر نسبتی تصویربرداری نوری یک اسپکتروم عریض از امکانات کاربردی شامل دامنه‌ای کاربردهای سطحی تصویربرداری‌های فانکشنال حین جراحی تا تصویربرداری‌های اندوسکوپیک حفره داخل بدن معرفی می‌کند.
خلاصه اینکه تصویربرداری مولکولی بر روی تصویربرداری تأثیرگذار خواهد بود. نمایش ژنوم انسانی بیولوژی مولکولی به طور قابل ملاحظه‌ای بر میزان رشد اخیر آزمایشگاههای تشخیصی مؤثر بوده است. از دیدگاه بسیاری از کارشناسان، روشهای تشخیصی جدید دوره جدیدی را مانند DNA-chip دوره جدیدی را در صنعت تشخیص ایجاد خواهد کرد. از زمانی که میزان تشخیص‌هایinvivo وinvitro در دامنه تک رقمی پایین برآورد می‌شود، میزان پیشرفت زیرمجموعه‌های آزمایش‌های بیولوژی مولکولی invitro بالغ بر ۲۰% است. ما معتقدیم که این پیشرفت را می‌توانیم در تصویربرداری هم داشته باشیم و این تنها زمانی امکان پذیر است که تکنیکهای بیولوژی مولکولی از تشخیص‌های invitro که نیازهای خاص تصویربرداری تشخیصی هماهنگ است کمک بگیرد. ابزارهای موجود با نیازهای تصویربرداری مولکولی که لازم است تنظیم شده است و پروتکل‌های هماهنگ ایجاد گشته است. اگر نیازهای مورد نظر مرتفع گردد، تصویربرداری مولکولی بعنوان یک مکمل در خدمت به دیگر روشهای تصویربرداری و روشهای تشخیصی خواهد بود که قادر به تشخیص‌های سریعتر و مخصوص‌تر باشند و به پزشک برای فراهم کردن درمان مناسبی که با سوابق کلینیکی هر بیمار مطابقت دارد کمک می‌کند. اکنون پیشرفتهای دلگرم‌کننده‌ای در تحقیقات حیوانی به وجود آمده است. سرانجام به نقل از یک آنکولوژیست معروف بنام Michael Oreilly تصویربرداری مولکولی به خوبی کاربرد دارد.