Νέος τύπος μαγνητικής τομογραφίας ανιχνεύει ασθένειες πριν εμφανιστούν τα συμπτώματα μέσα σε 12 λεπτά!

Μια καινοτόμος τεχνολογία που αναπτύχθηκε στο University of Illinois at Urbana-Champaign φέρνει επανάσταση στη νευρολογική απεικόνιση, μετατρέποντας τις καθιερωμένες μαγνητικές τομογραφίες σε ένα νέο εργαλείο ακριβείας για την πρώιμη διάγνωση παθήσεων του εγκεφάλου. Η νέα τεχνική επιτρέπει την απεικόνιση του χημικού μεταβολισμού του εγκεφάλου μέσα σε μόλις 12 λεπτά, ανοίγοντας τον δρόμο για την ανίχνευση όγκων και νευροεκφυλιστικών νόσων προτού γίνουν αντιληπτές από τις κλασικές απεικονιστικές μεθόδους.

Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Biomedical Engineering, παρουσιάζει μια προσέγγιση που συνδυάζει την ταχύτητα της υπερταχείας μαγνητικής απεικόνισης με τη δύναμη των αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης. Η ομάδα των ερευνητών, με επικεφαλής τον καθηγητή Zhi-Pei Liang από το Beckman Institute for Advanced Science and Technology, πέτυχε να αξιοποιήσει συμβατικά κλινικά MRI μηχανήματα ώστε να αποτυπώσουν μεταβολικά δεδομένα με εκπληκτική ακρίβεια.

Το να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος και τι συμβαίνει όταν προσβάλλεται από ασθένεια παραμένει μια από τις μεγαλύτερες επιστημονικές προκλήσεις της εποχής μας. Η νέα μας τεχνολογία προσθέτει μια σημαντική διάσταση στις δυνατότητες της MRI: την απεικόνιση του μεταβολισμού και τον εντοπισμό χημικών μεταβολών που σχετίζονται με ασθένειες του εγκεφάλου.

Η συμβατική MRI προσφέρει υψηλής ευκρίνειας εικόνες των ανατομικών δομών του εγκεφάλου, ενώ η λειτουργική MRI (fMRI) βασίζεται σε αλλαγές της ροής αίματος και του κορεσμού οξυγόνου, προκειμένου να αποτυπώσει τη δραστηριότητα του εγκεφάλου. Ωστόσο, καμία από αυτές δεν μπορεί να δώσει πληροφορίες για τη χημική σύσταση και τις μεταβολικές διεργασίες εντός του εγκεφάλου. Σύμφωνα με τον ερευνητή Yibo Zhao, βασικό συγγραφέα της μελέτης, οι μεταβολικές και φυσιολογικές αλλαγές συχνά προηγούνται των ορατών δομικών αλλοιώσεων, καθιστώντας τη μεταβολική απεικόνιση ένα ισχυρό εργαλείο πρώιμης διάγνωσης.

Η νέα μέθοδος βασίζεται στην τεχνική Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging (MRSI), η οποία μετρά σήματα όχι μόνο από μόρια νερού, όπως οι συμβατικές MRI και fMRI, αλλά και από μεταβολίτες και νευροδιαβιβαστές. Η τεχνολογία αυτή προσφέρει έναν μοναδικό χάρτη της χημικής δραστηριότητας του εγκεφάλου σε πραγματικό χρόνο, με ανάλυση που ήταν έως τώρα ανέφικτη.

Παρόλο που στο παρελθόν η MRSI παρουσίαζε τεχνικές δυσκολίες λόγω μακρών χρόνων σάρωσης και χαμηλής ευκρίνειας, η ομάδα του Liang κατάφερε να ξεπεράσει αυτά τα εμπόδια. Μέσω της ενσωμάτωσης εξαιρετικά γρήγορης συλλογής δεδομένων με μεθόδους μηχανικής μάθησης βασισμένες στη φυσική, η νέα προσέγγιση επέτρεψε πλήρη σάρωση του εγκεφάλου σε μόλις 12,5 λεπτά.

Οι δοκιμές της τεχνολογίας σε διαφορετικές ομάδες έδωσαν εντυπωσιακά αποτελέσματα. Σε υγιή άτομα, οι ερευνητές χαρτογράφησαν τη μεταβολική δραστηριότητα και διαπίστωσαν ότι αυτή διαφέρει σημαντικά από περιοχή σε περιοχή του εγκεφάλου, γεγονός που υποδηλώνει ότι δεν είναι ομοιογενής. Σε ασθενείς με όγκους εγκεφάλου, εντοπίστηκαν αυξημένα επίπεδα χολίνης και γαλακτικού οξέος, ακόμη και όταν οι όγκοι εμφανίζονταν όμοιοι σε συμβατικές MRI απεικονίσεις. Σε άτομα με σκλήρυνση κατά πλάκας, η μέθοδος κατάφερε να εντοπίσει μοριακές αλλαγές που συνδέονται με φλεγμονώδη αντίδραση και μειωμένη νευρική δραστηριότητα έως και 70 ημέρες πριν αυτές γίνουν ορατές με κλασική MRI.

Ο Liang εκτιμά πως η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να έχει ευρεία εφαρμογή στην κλινική πρακτική. Η δυνατότητα παρακολούθησης των μεταβολικών αλλαγών στον εγκέφαλο προσφέρει στους γιατρούς τη δυνατότητα να αξιολογούν την αποτελεσματικότητα των θεραπειών και να εξατομικεύουν τις παρεμβάσεις βάσει του χημικού προφίλ κάθε ασθενούς.

«Η μεταβολική απεικόνιση ολόκληρου του εγκεφάλου με υψηλή ανάλυση έχει τεράστιες δυνατότητες στην ιατρική», σημείωσε ο Liang, ο οποίος ξεκίνησε την καριέρα του στο εργαστήριο του βραβευμένου με Νόμπελ Paul Lauterbur, του ανθρώπου που θεμελίωσε την τεχνολογία της MRI. «Ο Paul είχε οραματιστεί αυτή τη δυνατότητα, όμως η υλοποίησή της σε κλινικό επίπεδο αποδείχθηκε εξαιρετικά δύσκολη. Σήμερα, πλησιάζουμε στο να κάνουμε αυτό το όραμα πραγματικότητα».

[via]