Nowa generacja technik obrazowania mózgu
Choroby neurologiczne często zaczynają się od subtelnych zmian w pojedynczych komórkach, na długo zanim konwencjonalne skany mózgu pokazują widoczne uszkodzenia. Opóźnienia te mogą utrudniać wczesną diagnozę i ograniczać zdolność lekarzy do rozróżniania poszczególnych procesów chorobowych lub monitorowania reakcji pacjentów na leczenie. Konwencjonalne MRI jest niezastąpionym narzędziem klinicznym pozwalającym określić, w którym miejscu mózgu doszło do uszkodzenia, jednak nie zawsze pozwala ono wyjaśnić, jakie procesy biologiczne za nie odpowiadają. Choroby neurodegeneracyjne, w tym choroba Alzheimera, choroby neurozapalne, takie jak stwardnienie rozsiane, czy guzy mózgu, wpływają na różne typy komórek i wywołują odmienne mechanizmy patologiczne, które często wyglądają podobnie na standardowych skanach.
Technika wykraczająca poza konwencjonalne MRI
Finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN) projekt C-MORPH(odnośnik otworzy się w nowym oknie) powstał z myślą o opracowaniu zaawansowanych technik MRI umożliwiających wykrywanie zmian specyficznych dla komórek w żywym mózgu i rdzeniu kręgowym człowieka, co otwiera nowe możliwości w zakresie spersonalizowanej opieki neurologicznej. Celem było wyjście poza produkcję obrazów anatomicznych i dostarczenie informacji na temat gęstości komórek, morfologii, organizacji wewnątrzkomórkowej, metabolizmu oraz składu tkanek. Aby tego dokonać, naukowcy połączyli metody zaawansowanego dyfuzyjnego MRI(odnośnik otworzy się w nowym oknie), spektroskopię MR, obrazowanie w polu ultrawysokim i modelowanie komputerowe. „Chcieliśmy zidentyfikować swoiste dla komórek biomarkery MRI związane ze zmianami komórkowymi zachodzącymi w żywej tkance”, wyjaśnia główny badacz Henrik Lundell.
Nowe metody obrazowania pokazują ukrytą biologię
Naukowcy opracowali nowe narzędzia do charakteryzowania cech strukturalnych komórek, ze szczególnym uwzględnieniem tkanki neuronalnej. Ich prace pokazały, w jaki sposób nowe mechanizmy kontrastu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) mogą jednocześnie rozróżniać wielkość i kształt struktur mikroskopowych w skali mikrometrów. Zespół wykazał, że zaawansowane metody dyfuzji pozwalają lepiej charakteryzować mikrostrukturę tkanek, jednocześnie redukując zakłócenia spowodowane takimi czynnikami, jak orientacja włókien. Opracował także metody pozwalające odróżnić aktywność zapalną od trwałego uszkodzenia tkanek, co dostarcza cennych informacji na temat postępu choroby i reakcji na leczenie. „Opracowaliśmy zaawansowane metody MRI, które wykorzystują ruch wody i metabolitów do badania procesów biologicznych zachodzących na poziomie komórkowym”, stwierdza Lundell. Łącząc informacje z dyfuzji wody(odnośnik otworzy się w nowym oknie), mobilność metabolitów i skład tkanek, naukowcy mogą badać zmiany w określonych populacjach komórek, zanim ujawnią się uszkodzenia strukturalne na dużą skalę. Co więcej, w projekcie odkryto zupełnie nowe zjawisko obrazowania, znane jako anizotropia widmowa. Efekt ten opisano teoretycznie i za pomocą symulacji komputerowych, ale teraz po raz pierwszy zademonstrowano go eksperymentalnie.
W kierunku zastosowań klinicznych
Mimo że wiele metod osiągnęło już dojrzałość techniczną, przed ich rutynowym wdrożeniem klinicznym konieczna jest dalsza walidacja na większych grupach pacjentów. Jak tłumaczy Lundell, niektóre ilościowe i zaawansowane metody dyfuzyjnego MRI będą mogły zostać wykorzystane w specjalistycznych ośrodkach klinicznych w ciągu najbliższych pięciu lat, w miarę rozwoju sprzętu i oprogramowania skanerów. Bardziej złożone metody obrazowania metabolicznego będą wymagały dodatkowej walidacji wieloośrodkowej i standaryzacji, zanim będą mogły zostać upowszechnione. W projekcie kontynuowane są również analizy klinicznego potencjału anizotropii widmowej i innych nowo opracowanych biomarkerów w badaniach na pacjentach. Oprócz badań nad chorobami neurologicznymi metody te powinny dostarczyć cennych informacji na temat prawidłowego rozwoju mózgu, starzenia się, uczenia się i wpływu stylu życia na zdrowie mózgu.
