Магнитно-резонансная томография (МРТ) стала неотъемлемой частью медицины. Это позволяет получить уникальное представление о теле и диагностике различных заболеваний. Однако современная технология МРТ имеет свои ограничения: хотя ее можно использовать для картирования структуры и функций органов и тканей, ее нельзя использовать для картирования изменений в обмене веществ, которые играют ключевую роль при многих заболеваниях.

Это именно то, что исследователи из ETH Zurich и Цюрихского университета в Институте биомедицинской инженерии сейчас стремятся сделать возможным. Группа профессора Себастьяна Козерке совершенствует технологию МРТ, чтобы ее можно было использовать для визуализации метаболизма в режиме реального времени. Исследователи сосредотачиваются на сердце, метаболизм которого особенно сложен, поскольку оно может выбирать из нескольких источников энергии.

«Холодильник» позволяет

«Сердце постоянно находится в движении, что затрудняет визуализацию», — говорит Козерке. Другая проблема заключается в том, что метаболические молекулы присутствуют только в небольших концентрациях — слишком малых, чтобы их можно было зафиксировать с помощью обычной магнитно-резонансной томографии. Исследователям удалось преодолеть эти препятствия с помощью гиперполяризованной МРТ: с ее помощью исследователи могут усилить сигнал метаболических молекул более чем в 25 000 раз.

Группа Козерке адаптировала гиперполяризованную МРТ к конкретным потребностям сердечной и метаболической визуализации. В результате получилось устройство размером с холодильник, работающее вместе с клиническим аппаратом МРТ. «Холодильник», безусловно, оправдывает свое название: для увеличения мощности сигнала промежуточный сахар (пируват) подвергается глубокой заморозке при температуре -272 градуса Цельсия, а затем намагничивается в магнитном поле с помощью микроволн. После нагревания до температуры тела пируват можно использовать для визуализации аналогично обычным контрастным веществам.

Признаки болезни сердца

Этот новый метод способен неинвазивно и в режиме реального времени показать, как сердце усваивает питательные вещества, другими словами, как оно преобразует их в полезную энергию. В то время как обычная МРТ может показать, работает ли сердце и как, этот метод теперь также показывает, откуда сердце получает энергию.

Уметь зафиксировать и понять это в деталях — важное достижение, особенно в отношении сердечных заболеваний. Проблемы с обменом веществ могут быть ранним признаком болезни сердца. Например: в нормальных условиях сердце в основном использует жир в качестве источника энергии. Однако при недостатке кислорода сердце переключается на сахар в качестве источника энергии, так как для его метаболизма требуется меньше кислорода. Если бы врачи могли обнаруживать такие процессы с помощью визуализации, они могли бы выявить возможную кислородную недостаточность на ранней стадии. Это проложит путь к лечению причин сердечно-сосудистых заболеваний, а не только их последствий.

Что происходит после сердечного приступа

В сотрудничестве с Центром хирургических исследований Цюрихского университета группа Козерке смогла показать, что разработанный ими метод действительно хорошо визуализирует метаболизм сердца. В качестве модели использовались свиньи, так как их сердца больше всего похожи на сердце человека. Это позволило детально отобразить метаболические изменения после сердечного приступа.

Среди прочего, в ходе исследования были выявлены участки сердечной мышцы, которые восстановились после инфаркта. Группа, возглавляемая доктором Максимилианом Фюттерером в качестве ведущего автора, только что опубликовала свое исследование в Журнале Американского колледжа кардиологов: визуализация сердечно-сосудистой системы.

Что происходит в сердечной мышце

Между тем, исследователи уже пошли еще дальше. В сотрудничестве с профессором Робертом Манкой, директором отделения МРТ сердца в Центре сердца университетской больницы Цюриха, они начали свое первое клиническое испытание. Будут обследованы пациенты с сердечной недостаточностью или факторами риска сердечной недостаточности.

«Для нас, врачей, очень важно составить карту метаболизма сердца. В будущем это может позволить нам улучшить диагностику и прогнозы сердечных заболеваний и, таким образом, более точно адаптировать лечение к конкретному человеку», — говорит Манка.

В результате новый метод МРТ может стать важным шагом на пути к персонализированной медицине. Манка надеется, что инновационная процедура также поможет врачам понять, почему у одних людей нарушения после сердечного приступа гораздо сильнее, чем у других: «Вероятно, в этом играет роль метаболизм, но мы еще этого не знаем. способный увидеть, что на самом деле происходит в сердечной мышце и ее клетках».

Но прежде чем это может произойти, нужно еще проделать определенную работу. Метод должен доказать себя в более крупных клинических исследованиях в ближайшие годы. С этой целью Козерке и его исследователи продолжат совершенствовать технологию прототипа «холодильника».