Chronische hersenontsteking houdt verband met een reeks steeds vaker voorkomende degeneratieve hersenziekten, zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson. Er zijn aanwijzingen dat neuro-inflammatie bijdraagt aan de progressie en verergering van dergelijke ziekten.
Het huidige diagnostische hulpmiddel dat wordt gebruikt voor het monitoren van hersenontsteking, positronemissietomografie (PET), omvat echter ioniserende straling, wat het risico van de patiënt op het ontwikkelen van kanker kan vergroten. De afgegeven stralingsdosis maakt het ook onpraktisch om longitudinaal onderzoek uit te voeren of tests tijdens behandelingen te herhalen. Als zodanig is er behoefte aan de ontwikkeling van een efficiënte beeldvormingsmodaliteit die de toestand van patiënten met neuro-inflammatie niet zal verslechteren.
Onderzoekers uit Alicante, Spanje, hebben een niet-invasieve methode ontwikkeld voor het visualiseren van hersenontsteking met behulp van diffusiegewogen magnetische resonantiebeeldvorming (DW-MRI). Het team, onder leiding van Silvia de Santis en Santiago-kanalen oppompen van het Instituut voor Neurowetenschappen, een gezamenlijk centrum van de Spaanse Hogere Onderzoeksraad (CSIC) en de Miguel Hernández Universiteit (UMH), heeft een reeks MR-data-acquisitiesequenties en wiskundige modellen ontworpen om veranderingen in de activering van twee hersenceltypen geassocieerd met neurale ontstekingen te detecteren: astrocyten en microglia.
DW-MRI maakt het verzamelen van beelden van microstructuren in de hersenen met een hoge resolutie mogelijk door gebruik te maken van de willekeurige beweging van watermoleculen in hersenweefsel. Het meeste eerdere onderzoek naar DW-MRI concentreerde zich op de witte stof en axonen van de hersenen, maar om chronische ontstekingen te onderzoeken waren de onderzoekers geïnteresseerd in het in beeld brengen van de grijze massa van de hersenen.
Om zich te kunnen concentreren op de allerbelangrijkste astrocyten en microglia, moesten ze daarom geavanceerde DW-MRI-sequenties aanpassen en ontwerpen, voor gebruik in combinatie met wiskundige modellen gebaseerd op de biologische kennis van de functionele weefsels in de hersenen.
De wetenschappers testten hun model op ratten, waarbij ze een gevestigde techniek gebruikten voor het induceren van ontstekingen (toediening van lipopolysacharide), die eerst de microglia activeert, gevolgd door een vertraagde reactie van astrocytencellen, waardoor onafhankelijk onderzoek van de twee celtypen mogelijk is. De MRI-scans toonden specificiteit voor zowel de microgliale als astrocytenactivatie in de grijze stof in vivo.
Ten tweede gebruikten de onderzoekers de methode bij menselijke deelnemers aan een proof-of-concept-experiment, waarbij zes gezonde vrijwilligers vijf keer werden gescand. Ze ontdekten dat het patroon van de microgliale celdichtheid significant correleerde met de MRI-parameter van de stickfractie. De resultaten benadrukken het vermogen van het model om gliale biomarkers te detecteren en bevestigden de reproduceerbaarheid tussen scansessies.
Het hulpmiddel voor het in kaart brengen van laesies maakt vroege tekenen van dementie gemakkelijker te herkennen
De onderzoekers hopen dat hun werk een betere karakterisering van de microstructuur van hersenweefsel tijdens ontstekingen mogelijk zal maken, met een hogere resolutie en de mogelijkheid van longitudinaal onderzoek zonder een dosis ioniserende straling. Zij geloven dat dit de diagnose en behandelingsmonitoring van de vele ziekten die verband houden met een inflammatoire gliale respons zou kunnen transformeren.
Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap Advances.
