Магнитният резонанс показва възпаление на мозъка in Vivo за първи път

Резюме: Технологията за невроизобразяване позволи на изследователите да уловят активността на микроглиите и астроцитите в мозъка. Изследователите са успели да определят количествено промените в морфологията на различни клетъчни популации, замесени в невровъзпалението.

Източник: CSIC

Изследвания в лабораториите, ръководени от д-р. Силвия де Сантис и д-р. Santiago Canals, и двата от Института по невронауки UMH-CSIC (Аликанте, Испания), направи възможно визуализирането за първи път и в много детайли на мозъчно възпаление с помощта на дифузионно-претеглено магнитно резонансно изображение.

Тази подробна рентгенова снимка на възпалението не може да бъде получена с конвенционален ЯМР, но изисква последователности за събиране на данни и специални математически модели.

След като методът беше разработен, изследователите успяха да оценят количествено промените в морфологията на различните клетъчни популации, участващи във възпалителния процес в мозъка.

Иновативна стратегия, разработена от изследователите, направи възможен този важен пробив, който е публикуван днес в списанието Научни постижения и което може да бъде от решаващо значение за промяна на хода на изследването и лечението на невродегенеративните заболявания.

Изследването, чийто първи автор е Ракел Гарсия-Ернандес, демонстрира, че дифузионно-претегленият ЯМР може неинвазивно и диференциално да открие активирането на микроглия и астроцити, два вида мозъчни клетки, които са в основата на невровъзпалението и неговата прогресия.

Дегенеративните мозъчни заболявания като Алцхаймер и други деменции, Паркинсон или множествена склероза са належащ проблем и труден за справяне. Продължителното активиране на два вида мозъчни клетки, микроглия и астроцити, води до хронично възпаление в мозъка, което е една от причините за невродегенерация и допринася за нейното прогресиране.

Въпреки това, липсват неинвазивни подходи, способни да характеризират специфично мозъчно възпаление in vivo. Настоящият златен стандарт е позитронно-емисионната томография (PET), но тя е трудна за обобщаване и е свързана с излагане на йонизиращо лъчение, така че нейното използване е ограничено при уязвими популации и при надлъжни изследвания, които изискват използването на PET многократно за определен период години, както е при невродегенеративните заболявания.

Друг недостатък на PET е ниската му пространствена разделителна способност, което го прави неподходящ за изобразяване на малки структури, с допълнителния недостатък, че специфичните за възпалението радиоактивни вещества се експресират в множество типове клетки (микроглии, астроцити и ендотелиум), което прави невъзможно разграничаването между тях.

Пред лицето на тези недостатъци, дифузионно-претегленият ЯМР има уникалната способност да изобразява микроструктурата на мозъка in vivo неинвазивно и с висока разделителна способност чрез улавяне на произволното движение на водните молекули в мозъчния паренхим, за да генерира контраст в изображенията на ЯМР.

ИНОВАТИВНА СТРАТЕГИЯ

В това проучване изследователи от Института по невронауки UMH-CSIC са разработили иновативна стратегия, която позволява изобразяване на микроглиално и астроцитно активиране в сивото вещество на мозъка с помощта на дифузионно-претеглено магнитно резонансно изображение (dw-MRI).

„Това е първият път, когато е показано, че сигналът от този тип ЯМР (dw-MRI) може да открие микроглиално и астроцитно активиране, със специфични отпечатъци за всяка клетъчна популация. Тази стратегия, която използвахме, отразява морфологичните промени, валидирани след смъртта чрез количествена имунохистохимия “, отбелязват изследователите.

Те също така показаха, че тази техника е чувствителна и специфична за откриване на възпаление със и без невродегенерация, така че и двете състояния могат да бъдат диференцирани. Освен това прави възможно разграничаването на възпаление и демиелинизация, характерни за множествената склероза.

Тази работа също така успя да демонстрира транслационната стойност на подхода, използван в група здрави хора с висока разделителна способност, „при която направихме анализ на възпроизводимостта. Значителната връзка с известните модели на плътност на микроглията в човешкия мозък подкрепя полезността на метода за генериране на надеждни биомаркери на глия.

„Ние вярваме, че характеризирането, използвайки тази техника, на съответните аспекти на тъканната микроструктура по време на възпаление, неинвазивно и надлъжно, може да има огромно влияние върху нашето разбиране за патофизиологията на много мозъчни състояния и може да трансформира текущата диагностична практика и стратегиите за наблюдение на лечение за невродегенеративни болести“, подчертава Силвия де Сантис.

За да потвърдят модела, изследователите са използвали установена парадигма на възпаление при плъхове, базирана на интрацеребрално приложение на липополизахарид (LPS). В тази парадигма жизнеспособността и морфологията на невроните се запазват, като същевременно се предизвиква, първо, активиране на микроглия (клетките на имунната система на мозъка) и по забавен начин, астроцитен отговор.

Изследователи от UMH-CSIC Neurosciences Institute са разработили иновативна стратегия, която позволява изобразяване на микроглиално и астроцитно активиране в сивото вещество на мозъка с помощта на дифузионно-претеглено магнитно резонансно изображение (dw-MRI). Кредит: IN-CSIC-UMH

Тази времева последователност от клетъчни събития позволява глиалните отговори да бъдат временно отделени от невронната дегенерация и подписът на реактивната микроглия да бъде изследван независимо от астроглиозата.

За да изолират отпечатъка от активиране на астроцитите, изследователите повториха експеримента, като предварително третираха животните с инхибитор, който временно премахва около 90% от микроглията.

Впоследствие използвайки установена парадигма за увреждане на невроните, те тестваха дали моделът е в състояние да разкрие невровъзпалителни „отпечатъци“ със и без съпътстваща невродегенерация.

„Това е от решаващо значение за демонстриране на полезността на нашия подход като платформа за откриване на биомаркери на възпалителния статус при невродегенеративни заболявания, където както активирането на глията, така и увреждането на невроните са ключови играчи“, поясняват те.

Вижте също

Това показва две глави, заобиколени от въпросителни знаци

И накрая, изследователите са използвали установена парадигма на демиелинизация, базирана на фокално приложение на лизолецитин, за да покажат, че разработените биомаркери не отразяват тъканните промени, често срещани при мозъчни нарушения.

Относно тази новина за изследване на невровизуализация

автор: Алда Флафсон
Източник: CSIC
контакт: Alda flafsson – CSIC
Образ: Изображението е кредитирано на IN-CSIC-UMH

Оригинално изследване: Свободен достъп.
Картиране на микроглия и активиране на астроцити in vivo с помощта на дифузионен ЯМР”От Ракел Гарсия-Ернандес и др. Научни постижения


абстрактно

Картиране на микроглия и активиране на астроцити in vivo с помощта на дифузионен ЯМР

Докато глията все повече се замесва в патофизиологията на психиатричните и невродегенеративните разстройства, наличните методи за изобразяване на тези клетки in vivo включват или инвазивни процедури, или позитронно-емисионни томографски радиомаркери, които осигуряват ниска разделителна способност и специфичност.

Тук представяме неинвазивен метод за дифузионно-претеглено магнитно резонансно изображение (MRI) за изобразяване на промените в морфологията на глията.

Използвайки модели на невровъзпаление, дегенерация и демиелинизация при плъхове, ние демонстрираме, че дифузионно-претегленият ЯМР носи пръстов отпечатък на микроглия и активиране на астроцити и че специфичните сигнатури от всяка популация могат да бъдат количествено определени неинвазивно.

Методът е чувствителен към промени в морфологията и пролиферацията на глията, осигурявайки количествено отчитане на невровъзпалението, независимо от наличието на съпътстваща невронална загуба или демиелинизиращо увреждане.

Ние доказваме транслационната стойност на подхода, показващ значителни асоциации между ЯМР и хистологични маркери за микроглия при хора.

Тази рамка притежава потенциала да трансформира основните и клинични изследвания чрез изясняване на ролята на възпалението в здравето и болестта.