La prossima generazione di tecniche di imaging cerebrale
Le malattie neurologiche spesso iniziano con lievi cambiamenti all’interno delle singole cellule, molto prima che le scansioni cerebrali convenzionali rivelino danni visibili. Questo ritardo può rendere difficile la diagnosi precoce e limitare la capacità dei medici di distinguere tra diversi processi patologici o di monitorare la risposta dei pazienti al trattamento. La risonanza magnetica convenzionale è uno strumento clinico indispensabile per identificare le aree del cervello in cui si sono verificati danni, ma non sempre è in grado di spiegare quali processi biologici ne siano responsabili. Le malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer, le patologie neuro-infiammatorie come la sclerosi multipla e i tumori cerebrali colpiscono diversi tipi di cellule e innescano meccanismi patologici distinti che spesso appaiono simili nelle scansioni standard.
Andare oltre la risonanza magnetica convenzionale
Il progetto C-MORPH(si apre in una nuova finestra), finanziato dal CER, si propone di sviluppare tecniche avanzate di risonanza magnetica (MRI) in grado di rilevare cambiamenti specifici a livello cellulare nel cervello e nel midollo spinale di soggetti umani viventi, aprendo nuove possibilità per la cura neurologica personalizzata. L’obiettivo era quello di andare oltre la semplice produzione di immagini anatomiche, per fornire informazioni sulla densità cellulare, la morfologia, l’organizzazione intracellulare, il metabolismo e la composizione dei tessuti. Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno combinato risonanza magnetica di diffusione avanzata(si apre in una nuova finestra), spettroscopia di risonanza magnetica, imaging ad altissimo campo e modellizzazione computazionale. «Volevamo identificare biomarcatori di risonanza magnetica specifici per le cellule, associati ai cambiamenti cellulari che si verificano nei tessuti viventi», spiega il ricercatore principale Henrik Lundell.
Nuove metodologie di imaging rivelano la biologia nascosta
I ricercatori hanno creato nuovi strumenti per caratterizzare le caratteristiche strutturali delle cellule, con particolare attenzione al tessuto neuronale. Il loro lavoro ha dimostrato come nuovi meccanismi di contrasto(si apre in una nuova finestra) possano distinguere simultaneamente le dimensioni e la forma di strutture microscopiche su scala micrometrica. Il progetto ha dimostrato che i metodi di diffusione avanzati possono caratterizzare meglio la microstruttura dei tessuti, riducendo al contempo le interferenze dovute a fattori quali l’orientamento delle fibre. Sono stati inoltre sviluppati approcci per distinguere l’attività infiammatoria dal danno tissutale permanente, fornendo preziose informazioni sulla progressione della malattia e sulla risposta al trattamento. «Abbiamo sviluppato metodi avanzati di risonanza magnetica che sfruttano il movimento dell’acqua e dei metaboliti per studiare i processi biologici che avvengono a livello cellulare», afferma l’esperto. Combinando le informazioni provenienti da diffusione dell'acqua(si apre in una nuova finestra), mobilità dei metaboliti e composizione dei tessuti, i ricercatori possono studiare i cambiamenti in specifiche popolazioni cellulari prima che si manifestino danni strutturali su larga scala. Inoltre, il progetto ha portato alla luce un fenomeno di imaging completamente nuovo, noto come anisotropia spettrale. Inizialmente descritto a livello teorico e tramite simulazioni al computer, l’effetto è stato ora dimostrato sperimentalmente per la prima volta.
Trasferimento alla pratica clinica
Sebbene molte di queste tecniche abbiano raggiunto la maturità tecnica, è necessaria un’ulteriore validazione su coorti di pazienti più ampie prima della loro implementazione clinica di routine. Secondo l’autore, alcuni metodi quantitativi e avanzati di risonanza magnetica di diffusione potrebbero essere introdotti nei centri clinici specializzati entro i prossimi cinque anni, man mano che l’hardware e il software degli scanner continuano a evolversi. Le tecniche di imaging metabolico più complesse richiederanno ulteriori validazioni multicentriche e standardizzazioni prima di una loro adozione su larga scala. Il progetto prosegue inoltre nell’esplorazione del potenziale clinico dell’anisotropia spettrale e di altri biomarcatori di recente sviluppo, attraverso studi sui pazienti. Oltre alle malattie neurologiche, si prevede che questi metodi forniranno preziose informazioni su sviluppo cerebrale sano, invecchiamento, apprendimento e influenza dello stile di vita sulla salute del cervello.
