MR-spektroskopi kortlægger hjernens glukosemetabolisme uden at kræve stråling – Physics World

MR-spektroskopi kortlægger hjernens glukosemetabolisme uden at kræve stråling – Physics World

Tidsstempel: 22. juni 2023 kl. 4

MR-spektroskopi kortlægger hjernens glukosemetabolisme
Strålingsfri billeddannelse Banebrydende MR-metode fanger hjernens glukosemetabolisme uden behov for at administrere radioaktive stoffer. (Med høflighed: Medical University of Vienna)

Kortlægning af optagelsen af ​​glukose i hjernen og kroppen giver klinikere information om den metaboliske dysfunktion, der observeres ved tilstande som kræft, diabetes og Alzheimers sygdom. Denne kortlægning udføres traditionelt ved at administrere radioaktive stoffer, der fungerer som glucoseanaloger og kan visualiseres på medicinske billeder.

Forskere ved for eksempel, at tumorceller opsluger glukose mere end normale celler. Klinikere udnytter dette ved at bruge 18F-FDG-PET-billeddannelse til at diagnosticere og lokalisere tumorer og til at evaluere behandlinger. Denne billeddannelsesteknik kan dog ikke vurdere nedstrøms metabolitter, der kan være vigtige for diagnose og behandlingsevaluering - og den kræver også, at patienten injiceres med en radioaktiv forbindelse.

En anden teknik, magnetisk resonansspektroskopi (MRS) med kulstof-13, kan kvantificere nedstrøms metabolitter, men kan ikke præcist lokalisere dem. I mellemtiden, den nye teknik hyperpolariseret 13C-MRS billeddannelse giver ikke information om nogle nedstrøms metabolitter, herunder glutamat og glutamin. Hyperpolariseret 13C-MRS-billeddannelse kræver også injektioner og bruger specialiseret hardware, som muligvis ikke er tilgængelig i kliniske omgivelser.

Forskere på Medical University of Vienna har nu udviklet en ny tilgang til kortlægning af glukosemetabolisme. Teknikken er ikke afhængig af stråling eller injektioner, men bruger i stedet klinisk tilgængelig magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og oral indtagelse af en glucoseopløsning.

2H-MRS

I forskernes indledende valideringsundersøgelse, som fremgår af Undersøgende radiologi, blev deltagerne afbildet med 3 T MRI efter faste natten over og igen efter indtagelse af deuterium-mærket glucoseopløsning (deuterium, en stabil isotop af brint, er ikke radioaktiv). Det 2H-MRS-scanning inkluderede en 3D-ekkofri fri induktions-henfaldssekvens, og vandundertrykkelse blev udført ved hjælp af et konventionelt vandundertrykkelsesskema. Efter MRS-scanningen blev der udført en 3D T1-vægtet magnetiseringsforberedt hurtig gradient-ekkoudlæsningsscanning. En intern softwarepipeline blev brugt til at behandle data.

2H-MRS billeddannelsestilgang gjorde det muligt for forskerne at kvantificere oxidativ og anaerob glucoseudnyttelse og vurdere neurotransmittersyntese. Alligevel kunne de kun måle et begrænset antal deutererede forbindelser, og der var behov for specialiseret hardware til at udføre billeddannelsen. Så de gennemførte en opfølgende undersøgelse - nu offentliggjort i Naturbiomedicinsk teknik – for at se, om proton MRS (1H-MRS) ved 7 T ville give højere sensitivitet, kemisk specificitet og spatiotemporal opløsning end 2H-MRS billeddannelse.

1H-MRS

Dyreundersøgelser har vist, at deuterium-mærket glucose let optages af hjerneceller, og deuteroner inkorporeres i nedstrøms glucosemetabolitter. Fordi deuteroner erstatter protoner i molekylet, bidrager de ikke til protonspektret, således afspejles en stigning i deuterium-mærkede metabolitter af et fald i metabolitsignaler i 1H-MRS.

I 1H-MRS undersøgelse, fem deltagere (fire mænd og en kvinde) modtog den deuterium-mærkede glucoseopløsning, og deres blodsukkerniveauer blev målt flere gange i løbet af 90 min. Forskerne kvantificerede glutamat, glutamin, γ-aminosmørsyre og glucose deutereret ved specifikke molekylære positioner. De kortlagde også deutererede og ikke-deutererede metabolitter. De bemærker, at billeddannelsesteknikken ikke kræver specialiseret hardware for at fungere med klinisk tilgængelige systemer.

Fabian Niess, en forskningsmedarbejder involveret i Naturbiomedicinsk teknik undersøgelse og hovedforfatter af Undersøgende radiologi undersøgelse, forklarer i en pressemeddelelse at Undersøgende radiologi undersøgelse var "et vigtigt skridt" for at demonstrere, at tilgangen virkede på systemer med lavere felt "fordi 3 T MR-systemer er ekstremt udbredte i kliniske applikationer".

Det konkluderer forskerne 1H-MRS-billeddannelse kan lette undersøgelser af glukosemetabolisme, og de udfører yderligere forskning for at verificere deres tilgang og foreløbige resultater.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden