MR-spektroskopi kartlägger hjärnans glukosmetabolism utan att kräva strålning – Physics World

MR-spektroskopi kartlägger hjärnans glukosmetabolism utan att kräva strålning – Physics World

Tidsstämpel: 22 juni 2023 4:45

MR-spektroskopi kartlägger hjärnans glukosmetabolism
Strålningsfri avbildning Banbrytande MRT-metod fångar hjärnans glukosmetabolism utan att behöva administrera radioaktiva ämnen. (Med tillstånd: Medical University of Vienna)

Kartläggning av upptaget av glukos i hjärnan och kroppen ger läkare information om den metabola dysfunktion som observeras vid tillstånd som cancer, diabetes och Alzheimers sjukdom. Denna kartläggning utförs traditionellt genom att administrera radioaktiva ämnen som fungerar som glukosanaloger och kan visualiseras på medicinska bilder.

Forskare vet till exempel att tumörceller slukar upp glukos mer än normala celler. Kliniker utnyttjar detta genom att använda 18F-FDG-PET-avbildning för att diagnostisera och lokalisera tumörer och för att utvärdera behandlingar. Denna avbildningsteknik kan dock inte bedöma nedströms metaboliter som kan vara viktiga för diagnos och behandlingsutvärdering – och den kräver också att patienten injiceras med en radioaktiv förening.

En annan teknik, magnetisk resonansspektroskopi (MRS) med kol-13, kan kvantifiera nedströms metaboliter men kan inte exakt lokalisera dem. Under tiden, den framväxande tekniken för hyperpolariserad 13C-MRS-avbildning ger inte information om vissa nedströms metaboliter, inklusive glutamat och glutamin. Hyperpolariserad 13C-MRS-avbildning kräver också injektioner och använder specialiserad hårdvara som kanske inte är tillgänglig i kliniska miljöer.

Forskare vid Medicinska universitetet i Wien har nu utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att kartlägga glukosmetabolism. Tekniken är inte beroende av strålning eller injektioner utan använder istället kliniskt tillgänglig magnetisk resonanstomografi (MRT) och oralt intag av en glukoslösning.

2H-MRS

I forskarnas inledande valideringsstudie, som visas i Undersökande radiologi, avbildades deltagarna med 3 T MRI efter att ha fastat över natten och igen efter att ha intagit deuteriummärkt glukoslösning (deuterium, en stabil isotop av väte, är inte radioaktivt). De 2H-MRS-skanning inkluderade en 3D-ekofri fri induktionsavklingningssekvens, och vattendämpning utfördes med ett konventionellt vattendämpningsschema. Efter MRS-skanningen utfördes en 3D T1-vägd magnetiseringsförberedd snabb gradientekoavläsning. En intern mjukvarupipeline användes för att bearbeta data.

Smakämnen 2H-MRS avbildningsmetod gjorde det möjligt för forskarna att kvantifiera oxidativ och anaerob glukosanvändning och bedöma syntes av neurotransmittorer. Ändå kunde de bara mäta ett begränsat antal deutererade föreningar, och specialiserad hårdvara behövdes för att utföra avbildningen. Så de genomförde en uppföljningsstudie – nu publicerad i Naturbiomedicinsk teknik – för att se om proton MRS (1H-MRS) vid 7 T skulle ge högre känslighet, kemisk specificitet och spatiotemporal upplösning än 2H-MRS avbildning.

1H-MRS

Djurstudier har visat att deuteriummärkt glukos lätt tas upp av hjärnceller och deuteroner inkorporeras i nedströms glukosmetaboliter. Eftersom deuteroner ersätter protoner i molekylen bidrar de inte till protonspektrumet, varför en ökning av deuteriummärkta metaboliter återspeglas av en minskning av metabolitsignaler i 1H-MRS.

I 1H-MRS-studie, fem deltagare (fyra män och en kvinna) fick den deuteriummärkta glukoslösningen och deras blodsockernivåer mättes flera gånger under 90 minuter. Forskarna kvantifierade glutamat, glutamin, γ-aminosmörsyra och glukos deutererade vid specifika molekylära positioner. De kartlade också deutererade och icke-deutererade metaboliter. De noterar att bildbehandlingstekniken inte kräver specialiserad hårdvara för att fungera med kliniskt tillgängliga system.

Fabian Niess, en forskarassistent involverad i Naturbiomedicinsk teknik studie och huvudförfattare till Undersökande radiologi studie, förklarar i en pressmeddelande att Undersökande radiologi studien var "ett viktigt steg" för att visa att tillvägagångssättet fungerade på system med lägre fält "eftersom 3 T MR-system är extremt utbredda i kliniska tillämpningar".

Det drar forskarna slutsatsen 1H-MRS-avbildning kan underlätta studier av glukosmetabolism, och de genomför ytterligare forskning för att verifiera deras tillvägagångssätt och preliminära resultat.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden