Μια νέα τεχνολογία που χρησιμοποιεί κλινικά μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας για την απεικόνιση της μεταβολικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο θα μπορούσε να προσφέρει στους ερευνητές και τους κλινικούς ιατρούς μοναδικές πληροφορίες για τη λειτουργία του εγκεφάλου και τις ασθένειες, σύμφωνα με έρευνα του Πανεπιστημίου του Ιλινόις Urbana-Champaign.

Η μη επεμβατική, υψηλής ανάλυσης μεταβολική απεικόνιση ολόκληρου του εγκεφάλου αποκάλυψε διαφορές στη μεταβολική δραστηριότητα και τα επίπεδα νευροδιαβιβαστών μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου, εντόπισε μεταβολικές αλλοιώσεις σε όγκους του εγκεφάλου και χαρτογράφησε και χαρακτήρισε βλάβες της σκλήρυνσης κατά πλάκας, μέσα σε μόλις λίγα λεπτά παραμονής στον τομογράφο.

Με επικεφαλής τον Zhi-Pei Liang, καθηγητή ηλεκτρολογικής και υπολογιστικής μηχανικής και μέλος του Beckman Institute for Advanced Science and Technology του Πανεπιστημίου του Ιλινόις, η ομάδα δημοσίευσε τα ευρήματά της στο περιοδικό Nature Biomedical Engineering.

«Η κατανόηση του εγκεφάλου, του τρόπου λειτουργίας του και του τι πάει στραβά όταν τραυματίζεται ή νοσεί θεωρείται ένα από τα πιο συναρπαστικά και απαιτητικά επιστημονικά εγχειρήματα της εποχής μας», δήλωσε ο Liang. «Η μαγνητική τομογραφία έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην αποκάλυψη των μυστηρίων του εγκεφάλου τις τελευταίες τέσσερις δεκαετίες. Η νέα μας τεχνολογία προσθέτει μια άλλη διάσταση στις δυνατότητες της μαγνητικής τομογραφίας για την απεικόνιση του εγκεφάλου: την οπτικοποίηση του μεταβολισμού του εγκεφάλου και την ανίχνευση μεταβολικών αλλοιώσεων που σχετίζονται με εγκεφαλικές παθήσεις».

Η συμβατική μαγνητική τομογραφία παρέχει υψηλής ανάλυσης, λεπτομερή απεικόνιση των δομών του εγκεφάλου. Η λειτουργική μαγνητική τομογραφία χαρτογραφεί τη δραστηριότητα του εγκεφάλου ανιχνεύοντας αλλαγές στη ροή του αίματος και των επιπέδων οξυγόνου στο αίμα. Ωστόσο, δεν μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη μεταβολική δραστηριότητα στον εγκέφαλο, η οποία είναι σημαντική για την κατανόηση της λειτουργίας και των ασθενειών, δήλωσε ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Yibo Zhao, πρώτος συγγραφέας της μελέτης.

«Οι μεταβολικές και φυσιολογικές αλλαγές συχνά εμφανίζονται πριν οι δομικές και λειτουργικές ανωμαλίες γίνουν ορατές στις συμβατικές εικόνες MRI και fMRI», δήλωσε ο Zhao. «Η μεταβολική απεικόνιση, επομένως, μπορεί να οδηγήσει σε έγκαιρη διάγνωση και παρέμβαση σε εγκεφαλικές παθήσεις».

Τόσο η τεχνική MRI όσο και η fMRI βασίζονται σε σήματα μαγνητικού συντονισμού από μόρια νερού. Η νέα τεχνολογία μετρά τα σήματα από μεταβολίτες του εγκεφάλου και νευροδιαβιβαστές, καθώς και από μόρια νερού, μια τεχνική γνωστή ως Φασματοσκοπική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού. Αυτές οι εικόνες MRSI μπορούν να προσφέρουν σημαντικές νέες πληροφορίες για τη λειτουργία του εγκεφάλου και τις διαδικασίες των ασθενειών, και θα μπορούσαν να βελτιώσουν την ευαισθησία και την ειδικότητα για την ανίχνευση και διάγνωση εγκεφαλικών παθήσεων, δήλωσε ο Zhao.

Άλλες προσπάθειες MRSI έχουν κολλήσει λόγω του μεγάλου χρόνου που απαιτείται για τη λήψη των εικόνων και των υψηλών επιπέδων θορύβου που καλύπτουν τα σήματα από τους νευροδιαβιβαστές. Η νέα τεχνική αντιμετωπίζει και τις δύο προκλήσεις.

«Η τεχνολογία μας ξεπερνά πολλά μακροχρόνια τεχνικά εμπόδια για τη γρήγορη μεταβολική απεικόνιση υψηλής ανάλυσης, συνδυάζοντας συνεργατικά την εξαιρετικά γρήγορη συλλογή δεδομένων με μεθόδους μηχανικής μάθησης βασισμένες στη φυσική για την επεξεργασία των δεδομένων», δήλωσε ο Liang.

Με τη νέα τεχνολογία MRSI, η ομάδα του Ιλινόις μείωσε τον χρόνο που απαιτείται για μια πλήρη σάρωση του εγκεφάλου σε 12,5 λεπτά.

Οι ερευνητές δοκίμασαν την τεχνική MRSI σε διάφορες πληθυσμιακές ομάδες.

• Σε υγιή άτομα, οι ερευνητές εντόπισαν και χαρτογράφησαν ποικίλη μεταβολική και νευροδιαβιβαστική δραστηριότητα σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου, υποδεικνύοντας ότι η δραστηριότητα αυτή δεν είναι καθολική.
• Σε ασθενείς με όγκους στον εγκέφαλο, οι ερευνητές εντόπισαν μεταβολικές αλλοιώσεις, όπως αυξημένα επίπεδα χολίνης και γαλακτικού οξέος, σε όγκους διαφορετικών βαθμών, ακόμη και όταν οι όγκοι φαίνονταν πανομοιότυποι στις κλινικές εικόνες μαγνητικής τομογραφίας.
• Σε άτομα με σκλήρυνση κατά πλάκας, η τεχνική ανίχνευσε μοριακές αλλαγές που σχετίζονται με νευροφλεγμονώδη απόκριση και μειωμένη νευρωνική δραστηριότητα έως και 70 ημέρες πριν οι αλλαγές γίνουν ορατές στις κλινικές εικόνες μαγνητικής τομογραφίας, αναφέρουν οι ερευνητές.

Οι ερευνητές προβλέπουν δυνατότητες ευρείας κλινικής χρήσης της τεχνολογίας αυτής. Με την παρακολούθηση των μεταβολικών αλλαγών στο χρόνο, οι κλινικοί γιατροί μπορούν να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα των θεραπειών για νευρολογικές παθήσεις, δήλωσε ο Liang. Οι μεταβολικές πληροφορίες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την προσαρμογή των θεραπειών σε μεμονωμένους ασθενείς με βάση τα μοναδικά μεταβολικά τους προφίλ.

"Καθώς η υγειονομική περίθαλψη εξελίσσεται προς την εξατομικευμένη, προγνωστική και ακριβή ιατρική, αυτή η τεχνολογία υψηλής ταχύτητας και υψηλής ανάλυσης μπορεί να προσφέρει ένα έγκαιρο και αποτελεσματικό εργαλείο για την αντιμετώπιση μιας επείγουσας ανεκπλήρωτης ανάγκης για μη επεμβατική απεικόνιση του μεταβολισμού σε κλινικές εφαρμογές», , δήλωσε ο Liang.

Πηγή: University of Illinois Urbana-Champaign Πηγή: University of Illinois Urbana-Champaign