Optical spectroscopy in biomedicine - detection of embedded inclusions and in vivo pharmacokinetics

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling beskriver hur fluorescens kan användas inom biomedicinområdet. Fluorescens är ett fenomen, som uppstår när molekyler absorberar inkommande ljus och sedan återutsänder ljus som har längre våglängd än det inkommande ljuset, och därför lägre energi, då en del av det absorberade ljuset omvandlats till värme i det omkringliggande mediet. I mänsklig vävnad finns flera olika molekyler, så kallade fluoroforer, som kan absorbera ljus och skapa fluorescens. Arbetet som denna avhandling bygger på kan delas in i tre delar, där varje del innefattar mätning och analys av fluorescensljus som genererats. Den första delen behandlar möjligheten att bestämma djupet av ett fluorescerande objekt som befinner sig någonstans under ytan i ett spridande material. Fluorescensljuset, som sänds ut från det fluorescerande objektet, kommer att dämpas medan det färdas från objektet till ytan, där ljuset kan detekteras. Dämpningen uppkommer då vävnaden både sprider och absorberar ljus. Fluorescensen vid olika våglängder kommer att dämpas olika mycket då både spridning och absorption är våglängdsberoende. Denna skillnad kommer att bli mer påtaglig ju längre väg ljuset färdas i vävnaden. En kvot mellan intensiteterna vid två olika detekterade våglängder kan därmed ge information om djupet av det fluorescerande objektet. Detta har studerats både med simuleringar och experiment med så kallade vävnadsfantomer, vilka uppvisar optiska egenskaper liknande mänsklig vävnad. Det senaste arbetet inom detta området beskriver hur denna djupinformation kan utnyttjas för att kunna rekonstruera ett fluorescerande objekt från tomografiska mätningar. Fotodynamisk tumörterapi är en metod för lokal behandling av tumörer. Ljus, syre och en kemisk substans, som ackumuleras i högre grad i tumör jämfört med frisk vävnad, är de tre komponenter som krävs för själva behandlingen. Inom det andra stora projektet i denna avhandling har farmakokinetiska mätningar av substansen Temoporfin utförts, d.v.s. monitorering av hur mycket det finns av substansen i tumör respektive frisk vävnad vid olika tidpunkter efter att substansen tillförts. Dessa försök har utförts i djurmodell både då substansen applicerats på huden och också via injicering i blodet. En uppskattning av mängden substans i olika vävnader har utförts med fluorescensspektroskopi och dessa värden har sedan jämförts med den koncentration som uppmätts via kemisk extraktion av substansen i vävnaden. Resultaten visar att det finns en selektivitet av substansen i tumör jämfört med normal vävnad vilket är positivt för att kunna behandla tumörer och spara normal vävnad. Fluorescensmätningar har också utförts under behandling av patienter, då med ytlig applicering av Temoporfin. Den sista delen av avhandlingen beskriver en optisk metod för att mäta temperatur. Det finns vissa kristaller vars fluorescens ändrar karaktär med temperaturen. Om en liten bit av en sådan kristall limmas fast på en fiberspets, är det sedan möjligt att studera temperaturen i just den punkt där fibern är placerad genom att mäta kristallens fluorescensljus. Under en 10 minuter lång belysning med laserljus via fibern med kristallen placerad på mänsklig hud, kunde en temperaturökning under de första minuterna monitoreras. Tekniken testades också interstitiellt i kött, varvid en temperaturökning under hela belysningen uppmättes eftersom inget blodflöde fanns som kunde kyla ner vävnaden.