Kronisk inflammation i hjärnan är kopplad till en rad allt vanligare degenerativa hjärnsjukdomar, som Alzheimers och Parkinsons. Bevis tyder på att neuroinflammation bidrar till utvecklingen och förvärringen av sådana sjukdomar.
Det nuvarande diagnostiska verktyget som används för att övervaka hjärninflammation, positronemissionstomografi (PET), involverar dock joniserande strålning, vilket kan öka patientens risk att utveckla cancer. Den levererade stråldosen gör det också opraktiskt att utföra longitudinella forskningsstudier eller upprepa tester under behandlingar. Som sådan finns det ett behov av att utveckla en effektiv bildbehandlingsmodalitet som inte kommer att förvärra tillståndet för patienter med neuroinflammation.
Forskare från Alicante, Spanien, har utvecklat en icke-invasiv metod för att visualisera hjärninflammation med hjälp av diffusionsvägd magnetisk resonanstomografi (DW-MRI). Teamet, ledd av Silvia De Santis och Santiago kanaler från Institutet för neurovetenskap, ett gemensamt centrum för Spanish Superior Research Council (CSIC) och Miguel Hernández University (UMH), utvecklade en serie MR-datainsamlingssekvenser och matematiska modeller för att upptäcka förändringar i aktiveringen av två hjärncelltyper associerade med neural inflammation: astrocyter och mikroglia.
DW-MRI möjliggör insamling av bilder från mikrostrukturer i hjärnan med hög upplösning genom att utnyttja den slumpmässiga rörelsen av vattenmolekyler i hjärnvävnad. De flesta tidigare forskningsanvändningar av DW-MRI har fokuserat på hjärnans vita substans och axoner, men för att undersöka kronisk inflammation var forskarna intresserade av att avbilda hjärnans grå substans.
För att fokusera på de allra viktigaste astrocyterna och mikroglia var de därför tvungna att anpassa och designa avancerade DW-MRI-sekvenser, för användning i kombination med matematiska modeller baserade på den biologiska kunskapen om de funktionella vävnaderna i hjärnan.
Forskarna testade sin modell på råttor, med hjälp av en etablerad teknik för att inducera inflammation (administrering av lipopolysackarid), som först aktiverar mikroglia, följt av ett fördröjt svar från astrocytceller, vilket möjliggör oberoende undersökning av de två celltyperna. MRT-skanningarna visade specificitet för både mikroglial- och astrocytaktivering i grå substans in vivo-.
För det andra använde forskarna metoden i mänskliga deltagare i ett proof-of-concept-experiment, och skannade sex friska frivilliga vid fem tillfällen. De fann att mönstret för mikroglialcelldensitet signifikant korrelerade med MRI-parametern för stickfraktion. Resultaten framhäver modellens förmåga att detektera gliabiomarkörer och bekräftad reproducerbarhet mellan skanningssessioner.
Verktyget för kartläggning av lesioner gör tidiga tecken på demens lättare att upptäcka
Forskarna hoppas att deras arbete ska möjliggöra bättre karakterisering av hjärnvävnadens mikrostruktur under inflammation, med högre upplösning och möjlighet till longitudinella studier utan en dos av joniserande strålning. De tror att detta kan förändra diagnosen och behandlingsövervakningen av de många sjukdomar som är förknippade med en inflammatorisk gliarespons.
Forskningen är publicerad i Vetenskap Förskott.
