Ultrarýchle fotoakustické zobrazovanie poskytne nový pohľad na funkciu mozgu
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 15. 2. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Vedci z Dukeovej univerzity vyvinuli ultrarýchly fotoakustický zobrazovací systém, ktorý dokáže zachytiť funkčné a molekulárne zmeny, ku ktorým dochádza pri závažných poruchách mozgu.
Zobrazovacie techniky, ktoré poskytujú podrobné informácie v reálnom čase vo vzťahu ku komplexným mozgovým cievnym sieťam, sú dôležité pre rozšírenie nášho chápania neurovaskulárnych porúch, ako je mozgová príhoda, demencia a akútne poranenie mozgu.
Pozitrónová emisná tomografia (PET) a funkčná magnetická rezonancia (fMRI) síce poskytujú slušné obrazy, ale trpia nízkym priestorovým rozlíšením, ktoré sťažuje rozlišovanie medzi susednými telesnými štruktúrami, a nízkym časovým rozlíšením, čo je čas potrebný na získanie meraní a vytvorenie obrazu.
Optická mikroskopia síce poskytuje obrazy s vysokým rozlíšením, no brzdí ju pomalá rýchlosť zobrazovania a slabá hĺbka prieniku. Ultrazvuk s mikrobublinami preniká do hĺbky s vysokým rozlíšením, ale chýba mu zasa funkčná citlivosť.
Alternatívna metóda zobrazovania, fotoakustická mikroskopia (PAM), využíva impulzy laserového svetla vystrelené do orgánu. Impulzy vyvolávajú ultrazvukové vlny, ktoré sa zachytávajú a vytvárajú obraz. Dôležité je, že PAM môže používať laserové svetlo rôznych vlnových dĺžok na zameranie špecifických štruktúr v tele, dokonca až na molekulárnu úroveň. To znamená, že PAM môže merať dôležité hemodynamické parametre, ako je okysličenie krvi, prietok krvi a rýchlosť metabolizmu kyslíka.
Nevýhodou PAM je pomalé snímanie. Tento problém však vyriešili výskumníci z Dukeoveho inštitútu mozgových vied (DIBS) vývojom takzvanej ultrarýchlej funkčnej fotoakustickej mikroskopie (UFF-PAM), ktorá je dvakrát rýchlejšia ako existujúce systémy PAM. UFF-PAM pritom umožňuje zobrazovať mozgové mikrovaskulatúry a fungovanie so širokým zorným poľom a vysokým priestorovým rozlíšením, ktoré chýba iným zobrazovacím technikám.
V skúšobnom experimente výskumníci z Dukeovej univerzity použili UFF-PAM na úspešné zachytenie hemodynamických reakcií na indukovanú hypoxiu, hypotenziu vyvolanú nitroprusidom sodným a mozgovú príhodu v mozgu myší. UFF-PAM dokázala zachytiť rýchle zmeny v celom mozgu v reálnom čase.
Experiment s mŕtvicou priniesol neočakávaný výsledok. Technológia UFF-PAM zistila šíriacu sa depolarizačnú vlnu, ktorá vychádzala z oblasti mozgovej mŕtvice a spôsobovala zúženie ciev (vazokonstrikciu), keď sa šírila. Depolarizačné vlny sú pre výskumníkov a vedcov veľmi zaujímavé, pretože ich funkcia nie je dostatočne objasnená.
„Depolarizačné vlny by mohli byť indikátorom úrovne závažnosti poranenia, čím by sa stali potenciálnym diagnostickým nástrojom,“ povedal doktor Junjie Yao, odborný asistent biomedicínskeho inžinierstva a člen katedry DIBS. „Povaha vĺn by tiež mohla poskytnúť vodítka k typu a rozsahu poškodenia mozgu, čo by mohlo informovať a optimalizovať liečbu,“ dodal Yao.
Tím z Dukeovej univerzity sa teraz snaží využiť UFF-PAM na štúdium ďalších ochorení. Zatiaľ čo UFF-PAM sa v súčasnosti používa len na zvieratách, tím plánuje vyvinúť ručnú UFF-PAM na použitie na ľuďoch.
Štúdia vyšla v magazíne Light: Science and Applications.
