Судинну мережу мозку вперше показали в мікроскопічному масштабі
Візуалізація і кількісна оцінка судин головного мозку, які залишалися невидимими в повній мірі через відсутність необхідних технологій, нададуть нове розуміння зв'язку між кровообігом цього органу і нейрональної активністю. Крім того, у лікарів з'явиться можливість проводити більш ранню діагностику цереброваскулярних захворювань і, отже, розробляти більш ефективні методи їх лікування, повідомляє Naked science.
Ультразвукова локалізаційна мікроскопія дозволила отримати детальну інформацію про судинної мережі головного мозку в мікроскопічному масштабі / © Physics for Medicine
Співробітники Лабораторії фізики для медицини в Парижі (ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS) домоглися картування судинної мережі головного мозку людини в безпрецедентних масштабах, повідомляється в дослідженні, опублікованому в журналі Nature Biomedical Engineering. Це стало можливо завдяки ультразвукової локалізаціонно мікроскопії надвисокої роздільної здатності, а також надшвидкої сонографии і використання контрастних речовин.
Кровоносні судини мозку - надзвичайно складна мережа, яка постачає нейрони киснем і живильними речовинами. З цього випливає, що судинна і нейрональная активність тісно пов'язані, а порушення в судинах вважаються основною причиною багатьох неврологічних розладів. Діагностика та лікування цих захворювань ускладнюються браком знань про функції дрібних кровоносних судин і обмеженнями в цереброваскулярної візуалізації.
Комп'ютерна томографическая ангіографія і магнітно-резонансна ангіографія - два найпоширеніших на сьогодні методу отримання зображення кровоносних судин. Вони охоплюють великі артерії, що досягають в діаметрі кілька десятих міліметра, але не можуть знайти більш дрібні капіляри. До того ж ангіографії не пропонують динамічної інформації про судинної мережі в різних просторових масштабах.
Рішення, запропоноване авторами нового дослідження, має заповнити цю прогалину, адже воно пропонує динамічні зображення потоків крові всій судинної мережі - від більших артерій до дрібних капілярів. До того ж ця технологія неінвазивна, неіонізуюче, проста і не зажадає серйозних фінансових вкладень.
Команда Мікаеля Тантера застосувала надшвидку сонографію - неінвазивний дослідження організму за допомогою ультразвукових хвиль, що дозволяє отримувати тисячі зображень в секунду. Потім в хід пішли контрастні речовини: в результаті мікропухирці з біосумісного газу, що вводяться внутрішньовенно, циркулювали по всій судинної мережі мозку. Їх візуалізували за допомогою ультразвукового зонда, який міститься навпроти голови пацієнта, біля скроні. Визначаючи положення мільйонів мікропухирців протягом декількох секунд, вчені змогли відновити анатомію судинної мережі аж до масштабу в 25 мікрометрів, збираючи при цьому інформацію про локальні динамічних компонентах кровотоку.
Метод випробували на дрібних лабораторних тварин ще в 2015 році, але зробити зображення мозку дорослої людини не вдавалося. Проблема була в тому, що, по-перше, ультразвуковий сигнал спотворюється при проходженні через череп, приводячи до погіршення якості зображення. По-друге, потрібно було розробити алгоритми корекції руху, оскільки будь-який найменший рух в мозку перешкоджає можливості локалізації мікропухирці з точністю до мікрона.
«Ця" світова прем'єра "на людях стала можливою завдяки спільній реалізації декількох методів. Перший - надшвидка візуалізація, яка забезпечує величезну кількість даних за дуже короткий проміжок часу і дозволяє розрізняти акустичну сигнатуру кожного окремого мікропухирці. Потім локалізація ультразвуку зняла межа дозволу, коли зображення крихітного об'єкта представляє собою розмите пляма - більше, ніж реальний об'єкт. Але якщо цей об'єкт ізольований, можна було б припустити, що його точне місце розташування - центр розмитої плями. У нашому випадку мікропухирці, що циркулюють в кровотоці, грають роль ізольованих об'єктів і дозволяють відновити точне розташування кожного кровоносної судини. Нарешті, реєстрація луни мікропухирців надало доступ до хвилі, що виходить від об'єкта мікронних розмірів, і, отже, дозволило відновити те, що сталося під час поширення хвилі крізь череп, щоб виправити виникають обурення», - розповів Чарлі Демени, провідний автор дослідження.
Завдяки своїй розробці вчені вже змогли зафіксувати найдрібніші деталі турбулентного кровотоку в області аневризми, розташованої в глибині в середині мозку одного з пацієнтів. Нові можливості візуалізації судин відкривають шлях для кращого розуміння і діагностики цереброваскулярних захворювань, таких як інсульт, а також нейродегенеративних хвороб.
Додатково до всього вищесказаного варто відзначити, що ультразвукова локалізаційна мікроскопія більш проста у використанні клініцистами в порівнянні з існуючими методами, більш рентабельна і менш громіздка - процедуру можна проводити прямо біля ліжка пацієнта.