Инновация МРТ выявляет энергетическую активность клеток в органах и тканях

Прочитано: 94 раз(а)


Чтобы выжить, каждая клетка тела тратит огромную энергию на поддержание правильного баланса воды и основных электролитов. Исследователи из Орегонского университета здоровья и науки разработали способ использования магнитно-резонансной томографии или МРТ для сканирования этой активности в мельчайших деталях в человеческом мозгу и других органах.

Инновация, называемая диффузионной визуализацией метаболической активности, или MADI, открывает новые возможности для выявления рака и определения того, реагирует ли опухоль на лечение. В предстоящих клинических испытаниях с участием субъектов с глиомными опухолями головного мозга исследователи будут сравнивать MADI с позитронно-эмиссионной томографией или ПЭТ, в которой используются введенные радиоактивные вещества для создания изображений скорости производства энергии клетками.

«MADI — это новый способ получения изображений метаболической активности в органах и тканях с высоким пространственным разрешением , и он абсолютно неинвазивен», — сказал изобретатель Чарльз Спрингер, доктор философии, профессор Исследовательского центра перспективных изображений OHSU. «В принципе, этот метод может применяться практически к любой патологии. Прямо сейчас мы продвигаем его в направлении рака и неврологии».

Исследователи из OHSU уже продемонстрировали на животной модели с использованием крыс, что MADI может обнаруживать и контролировать опухоли головного мозга так же эффективно, как и ПЭТ, но без необходимости введения каких-либо индикаторов или контрастных веществ.

«Он рассказывает нам больше о том, что происходит внутри клеток в отношении транспорта ионов, транспорта воды , производства энергии, и поэтому мы считаем, что он определенно будет полезен при раке и других заболеваниях», — сказал Мартин Пайк, доктор философии, доцент. с Исследовательским центром перспективной визуализации OHSU, который возглавляет исследования глиомы.

MADI также обеспечивает изображения с более высоким разрешением, чем PET. «Это может устранить области метаболической активности внутри опухоли», — сказал Спрингер. «Ни один из современных клинических методов, используемых для картирования метаболической активности, не имеет пространственного разрешения, необходимого для измерения изменений метаболизма в любых, кроме самых крупных опухолей».

Рамон Барахас, доктор медицинских наук, адъюнкт-профессор диагностической радиологии Медицинской школы OHSU, участвующий в исследованиях глиомы, отмечает, что помощь в выяснении того, как работают различные части опухоли, может быть очень полезной при постановке диагноза.

Открытие молекулярных механизмов

МРТ работает с использованием мощного магнитного поля для создания чрезвычайно подробных изображений внутренних органов. Магнитное поле заставляет ядра атомов водорода в молекулах воды выравниваться с полем. Затем сканер МРТ подает импульсы радиоволн на резонансной частоте. В ответ намагниченные ядра водорода повторно излучают радиоволны, создавая сигналы, которые улавливаются сканером МРТ для создания изображений.

MADI основан на методе, называемом диффузионно-взвешенной МРТ, который отслеживает движение молекул воды через ткани. С 1990-х годов диффузионно-взвешенная МРТ широко используется в медицине, особенно для визуализации головного мозга для выявления инсульта и контроля лечения. Этот метод дает быстрые и информативные результаты без необходимости введения контрастных веществ. Это также оказывается полезным для обнаружения и изучения опухолей и других болезненных процессов.

Но ученые не до конца поняли молекулярные механизмы, управляющие движением молекул воды через ткани и вызывающие изменения, которые становятся видимыми сигналами инсульта и опухолей на диффузионной МРТ.

Спрингер и его коллеги продолжили идею о том, что клеточные мембраны играют важную роль, активно контролируя движение молекул воды в клетки и из них. Их исследования показали, что вероятность прохождения молекул воды через клеточные мембраны во многом определяется критическими ферментами, называемыми натриево-калиевыми насосами. Они охватывают клеточные мембраны и выкачивают натрий и закачивают калий, процесс, который также обеспечивает транспортировку молекул воды.

«Узнав, что водообмен связан с работой помпы, мы смогли понять, что можем делать МРТ-изображения, отображающие активность натрий-калиевой помпы», — сказал Спрингер.

Независимые эксперты назвали это «убедительной механистической гипотезой» в редакционной статье, опубликованной вместе с двумя статьями в журнале « ЯМР в биомедицине» .

Измерение клеточной энергии впервые

Исследователи использовали математическое моделирование и компьютерное моделирование для получения информации о движении молекул воды для расчета и картирования активности натрий-калиевого насоса. Эта деятельность настолько важна для живых клеток, что служит мерой скорости текущего использования энергии .

«Это похоже на лампочку , которая постоянно горит и сообщает вам, сколько энергии клетка производит при расщеплении сахара, глюкозы и других питательных веществ», — сказал Спрингер. До сих пор никогда не было возможности измерить эту активность живых существ.

Рак резко изменяет использование энергии в клетках, и это хорошо видно в исследованиях MADI с использованием модели глиомы головного мозга на животных . «У животных мы смогли обнаружить рак, контролировать рак и контролировать лечение, а также ПЭТ», — сказал Пайк. «Мы надеемся, что сможем продемонстрировать это и на людях».

Барахас, нейрорадиолог, предупредил, что многое еще предстоит сделать. «Мы действительно должны подтвердить это и убедиться, что то, что мы делаем, является биологически правильным».

Он сказал, что более подробный и точный метод сканирования принесет большую пользу пациентам с опухолями головного мозга. «Если мы ошибаемся и прекращаем терапию, которая действительно работает, мы отправляем их в операционную для операции, которая не обязательно нужна», — сказал он. «Когда мы ошибаемся и опухоль растет, а мы говорим, что это не так, мы не позволяем этому пациенту получить новую терапию раньше».

Более быстрая, дешевая и доступная визуализация

Запланированное клиническое испытание направлено на привлечение около 12 взрослых с глиомными опухолями головного мозга. Их мозг будет сканироваться с помощью гибридного сканера ПЭТ / МРТ в OHSU — первого на северо-западе Тихого океана, когда он был установлен в 2021 году. Гибридный сканер позволит напрямую сравнить эффективность ПЭТ и метода MADI у людей.

Если MADI окажется эффективным, он может иметь ряд преимуществ для пациентов. Процедура неинвазивна и занимает меньше времени, чем ПЭТ, занимает минуты, а не часы. Вероятно, он будет менее дорогим и более доступным, чем ПЭТ.

Кроме того, MADI можно проводить с использованием обычного оборудования для МРТ.

«ПЭТ-визуализация является стандартом лечения, но доступ для пациентов в городских районах довольно ограничен», — сказал Барахас. «Я думаю, что возможность делать MADI в качестве еще одной стандартной последовательности МРТ действительно откроет доступ к этой визуализации гораздо большему количеству пациентов, которые не живут в городских центрах».

МРТ выявляет энергетическую активность клеток в органах и тканях



Новости партнеров