O nouă tehnologie RMN ultrarapidă permite detectarea schimbărilor metabolice ale creierului înainte de apariţia modificărilor cerebrale structurale şi ar putea schimba modul în care sunt diagnosticate şi tratate afecţiunile neurologice.
Medicina de precizie în neurologie se apropie semnificativ de realitate. Imagini RMN, obţinute în doar 12 minute, deschid noi posibilităţi în diagnosticul precoce al bolilor cerebrale, dezvăluind schimbări metabolice subtile care nu sunt vizibile în examenările standard.
Această tehnologie promite nu doar o diagnosticare mai rapidă, dar şi o abordare personalizată în tratamentele neurologice, oferind o imagine unică asupra funcţionării şi patologiei creierului uman.
O echipă de cercetători de la University of Illinois at Urbana-Champaign (U. of I.) a combinat imagistica ultrarapidă cu algoritmi inteligenţi pentru a analiza chimia creierului viu, transformând RMN-urile de rutină într-un microscop metabolic.
Sistemul diferenţiază regiunile sănătoase, clasează tumorile şi estimează, de exemplu, episoadele de scleroză multiplă cu mult înainte ca RMN-ul structural să poată face acest lucru.
Noua tehnologie, care foloseşte aparatele RMN pentru a vizualiza activitatea metabolică din creier, ar putea oferi cercetătorilor şi medicilor o înţelegere unică a funcţionării creierului şi afecţiunilor cerebrale, notează cercetătorii într-un articol publicat în jurnalul Nature Biomedical Engineering.
Imaginile metabolice non-invazive, de înaltă rezoluţie, ale creierului au arătat diferenţe în activitatea metabolică şi nivelurile de neurotransmiţători între regiunile cerebrale, au detectat modificări metabolice în tumorile cerebrale şi au realizat o hartă detaliată a leziunilor provocate de scleroza multiplă, pacienţii petrecând doar câteva minute în scanner-ul RMN.
„Înţelegerea creierului, modul în care funcţionează şi ce se întâmplă atunci când este rănit sau bolnav reprezintă una dintre cele mai fascinante şi dificile provocări ştiinţifice ale vremurilor noastre. RMN-ul a avut un rol esenţial în descifrarea misterelor creierului în ultimele patru decenii. Tehnologia noastră nouă adaugă o nouă dimensiune imagisticii RMN, permiţând vizualizarea metabolismului creierului şi detectarea modificărilor metabolice asociate cu afecţiunile cerebrale”, a declarat Zhi-Pei Liang, profesor de inginerie electrică şi informatică şi membru al Institutului Beckman pentru Ştiinţă şi Tehnologie Avansată la U. of I (Beckman Institute for Advanced Science and Technology), citat într-un comunicat.
RMN-ul convenţional oferă imagini detaliate de înaltă rezoluţie ale structurilor cerebrale. RMN-ul funcţional cartografiează activitatea creierului prin detectarea schimbărilor în fluxul sanguin şi nivelurile de oxigenare ale sângelui, care sunt strâns legate de activitatea neuronală.
Totuşi, acestea nu pot oferi informaţii despre activitatea metabolică a creierului, care sunt esenţiale pentru pentru înţelegerea modului în care funcţionează creierul şi cum se dezvoltă bolilor acestuia.
„Modificările metabolice şi fiziologice apar adesea înainte ca abaterile structurale şi funcţionale să fie vizibile pe imaginile RMN convenţionale şi RMNf. Imaginile metabolice pot duce, prin urmare, la un diagnostic şi intervenţii timpurii în bolile cerebrale”, a adăugat cercetătorul postdoctoral Yibo Zhao, primul autor al lucrării.
Atât tehnicile RMN, cât şi RMNf sunt bazate pe semnalele de rezonanţă magnetică ale moleculelor de apă.
Noua tehnologie de imagistică spectroscopică de rezonanţă magnetică (MRSI - Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging) măsoară semnalele de la metaboliţii creierului şi neurotransmiţători, precum şi moleculele de apă, o tehnică cunoscută sub numele de imagistica spectroscopică de rezonanţă magnetică.
Aceste imagini MRSI pot oferi informaţii semnificative noi despre funcţionarea creierului şi procesele bolii, iar cercetătorii spun că ar putea îmbunătăţi sensibilitatea şi specificitatea în detectarea şi diagnosticarea bolilor cerebrale.
Alte încercări de MRSI au fost limitate de timpul lung necesar pentru captarea imaginilor şi de nivelurile mari de zgomot care obturează semnalele de la neurotransmiţători. Noua tehnică abordează ambele provocări.
„Tehnologia noastră depăşeşte barierele tehnice existente în imagistica metabolică rapidă de înaltă rezoluţie, combinând achiziţia rapidă de date cu metode de învăţare automată bazate pe fizică pentru procesarea acestora”, a explicat Liang.
Cu noua tehnologie MRSI, echipa de la U. of I. a redus timpul necesar pentru o scanare completă a creierului la 12 minute şi jumătate.
Cercetătorii au testat tehnica MRSI pe mai multe populaţii.
La subiecţii sănătoşi, cercetătorii au identificat şi cartografiat activitatea metabolică şi a neurotransmiţătorilor variată în regiunile cerebrale, indicând faptul că această activitate nu este universală.
La pacienţii cu tumori cerebrale, cercetătorii au descoperit modificări metabolice, cum ar fi creşterea nivelului de colină şi lactat, în tumori de diferite grade, chiar şi atunci când tumorile păreau identice pe imaginile RMN clinice.
La subiecţii cu scleroză multiplă, tehnica a detectat modificări moleculare asociate cu răspunsul neuroinflamator şi scăderea activităţii neuronale cu până la 70 de zile înainte ca modificările să devină vizibile pe imaginile RMN clinice, raportează cercetătorii.
O nouă tehnologie care combină RMN-ul de mare viteză cu metode de învăţare automată pentru procesarea datelor a identificat modificări metabolice în tumorile cerebrale de tip oligodendrogliom. RMN-ul clinic, prezentat în primele două coloane din stânga, nu putea face diferenţa între tumorile de gradul II, sus, şi cele de gradul III, jos. Cu toate acestea, noua tehnică a identificat niveluri ridicate de colină şi lactat în tumora de gradul III. Credit: Yibo Zhao, U. of I, 23 iunie 2025.
Cercetătorii estimează că noua tehnologie va fi utilizată pe scară largă în practica medicală, deoarece urmăreşte schimbările metabolice în timp, permiţând medicilor să evalueze eficienţa tratamentelor pentru afecţiunile neurologice.
Informaţiile metabolice pot fi, de asemenea, utilizate pentru a personaliza tratamentele la pacienţi, pe baza profilurilor metabolice unice ale acestora.
„Imagistica metabolică de înaltă rezoluţie a întregului creier are un potenţial clinic semnificativ,” a spus Liang, care şi-a început cariera în laboratorul profesorului Paul Lauterbur de la U of I., laureat al Premiului Nobel pentru dezvoltarea tehnologiei RMN.
„Paul a visat la această posibilitate interesantă şi la abordarea generală, dar până acum a fost foarte dificil să îndeplinim visul său de imagistică metabolică rapidă şi de înaltă rezoluţie în mediul clinic. Pe măsură ce îngrijirea sănătăţii se îndreaptă către medicina personalizată, predictivă şi de precizie, această tehnologie de viteză şi rezoluţie mare poate oferi un instrument eficient şi oportun pentru a răspunde unei nevoi urgente nerezolvate, de imagistică metabolică non-invazivă în aplicaţiile clinice”, a concluzionat cercetătorul.
Această cercetare a fost susţinută de Fundaţia Arnold şi Mabel Beckman.
