Design, Development and Investigations of a Novel X-ray Fluorescence and X-ray Luminescence Computed Tomography System for Theranostic Applications

Abstract

Il presente lavoro di tesi riguarda il progetto, la costruzione, lo sviluppo e la sperimentazione di un sistema innovativo di imaging tramite tomografia computerizzata per fluorescenza a raggi X e luminescenza a raggi X (XFCT/XLCT). Tale sistema ha lo scopo di indagare su possibili applicazioni di tale tecnologia a scopi teragnostici, ovvero combinando diagnostica e trattamento terapeutico. Un esempio di tali applicazioni è la terapia fotodinamica a raggi X. I principali agenti teragnostici indagati con tale sistema si basano su nanotecnologia medica. L’utilizzo di raggi X per stimolare l’emissione di fluorescenza e luminescenza a raggi X permette un tipo di terapia selettiva e altamente localizzata, con la possibilità di usare tali radiazioni anche per monitorare il trattamento in tempo reale. Il sistema XFCT/XLCT dimostra eccellenti capacità di risoluzione spaziale (200 micron), sensitività (300 microgrammi/mL) e imaging multicolore e multimodale, altamente promettenti per sviluppi commerciali futuri e applicazioni precliniche. The current thesis work regards the design, the development, the construction and the investigations on a novel imaging system implementing X-ray Fluorescence and X-ray Luminescence Computed Tomography (XFCT/XLCT). Such system has the main purpose of investigating on potential applications of such technology for theranostics, i.e. the combination of diagnosis and therapeutic treatment. An example of such applications is X-ray Photodynamic Therapy. The primary theranostics agents tested with such system are based on medical nanotechnology. The use of x-rays for stimulating the emission of x-ray fluorescence and x-ray luminescence would permit a kind of selective and highly localized therapy, with the possibility to employ such radiation also for the monitoring of the treatment in real-time. The XFCT/XLCT system demonstrates excellent capabilities of spatial resolution (200 micron), sensitivity (300 micrograms/mL), and multimodal and multi-coloured imaging, which are highly promising for future commercial developments and preclinical applications