Jaringan otak semi-log SDE DWI meluruh menjadi nilai b yang sangat besar; (a) 600.000 detik/(mm)2, (b) 70.000 detik/(mm)2. Pada panel a, berlian hitam berasal dari ROI dalam keadaan terjaga, korteks serebral manusia (92), berlian merah (62) dan hijau (60) berasal dari ROI otak tikus yang dianestesi, yang ditampilkan dalam bingkai putih pada gambar inset; atas dan bawah, masing-masing. Peluruhan pada dasarnya ditumpangkan dengan sempurna, meskipun data hitam dan merah diperoleh dengan gradien SDE [-CT]sedangkan data hijau dengan waktu difusi [-CG] peningkatan. Panel hitam dan merah data diperbesar di panel b sebagai lingkaran abu-abu tua dan merah. Selain itu, lingkaran putih adalah data dari WM ROI di otak manusia yang sama (92), sedangkan lingkaran abu-abu terang mewakili data SDECT dari gyrus cingulate kiri dari otak manusia yang terjaga dan beristirahat. [red ROI in inset sagittal image] (74). Ada sinyal yang berarti [S] pada nilai b yang sangat besar. Kredit: NMR dalam Biomedis (2022). DOI: 10.1002/nbm.4782
Untuk bertahan hidup, setiap sel dalam tubuh menggunakan energi yang sangat besar untuk mempertahankan keseimbangan yang tepat antara air dan elektrolit esensial. Para peneliti di Oregon Health & Science University telah mengembangkan cara untuk menggunakan pencitraan resonansi magnetik, atau MRI, pemindaian untuk memetakan aktivitas ini secara detail di otak manusia dan organ lainnya.
Inovasi — disebut pencitraan difusi aktivitas metabolik, atau MADI — membuka kemungkinan baru untuk mendeteksi kanker dan mengungkapkan apakah tumor merespons pengobatan. Dalam uji klinis mendatang yang mendaftarkan subjek dengan tumor otak glioma, peneliti akan membandingkan MADI dengan tomografi emisi positron, atau PET, yang menggunakan agen radioaktif yang disuntikkan untuk membuat gambar laju produksi energi sel.
“MADI adalah cara baru untuk membuat gambar aktivitas metabolisme di dalam organ dan jaringan pada resolusi spasial tinggi, dan itu benar-benar non-invasif,” kata penemu Charles Springer, Ph.D., profesor di OHSU Advanced Imaging Research Center. “Pada prinsipnya, metode ini dapat diterapkan pada hampir semua patologi. Saat ini, kami mendorongnya ke arah kanker dan ilmu saraf.”
Dalam model hewan yang menggunakan tikus, para peneliti OHSU telah menunjukkan bahwa MADI dapat mendeteksi dan memantau tumor otak seefektif PET, tetapi tanpa perlu menyuntikkan pelacak atau zat kontras apa pun.
“Ini memberi tahu kita lebih banyak tentang apa yang terjadi di dalam sel sehubungan dengan transportasi ion, transportasi air, produksi energi, jadi kami pikir itu pasti akan berguna untuk kanker dan penyakit lainnya,” kata Martin Pike, Ph.D., profesor asosiasi. dengan OHSU Advanced Imaging Research Center, yang memimpin studi glioma.
MADI juga menyediakan gambar beresolusi lebih tinggi daripada PET. “Itu bisa menyelesaikan wilayah aktivitas metabolisme di dalam tumor,” kata Springer. “Tidak satu pun dari metode klinis saat ini yang digunakan untuk memetakan aktivitas metabolisme memiliki resolusi spasial yang diperlukan untuk mengukur variasi metabolisme dalam tumor apa pun kecuali tumor terbesar.”
Ramon Barajas, MD, profesor radiologi diagnostik di OHSU School of Medicine, yang berkolaborasi dalam studi glioma, mencatat bahwa membantu mengetahui cara kerja berbagai bagian tumor dapat sangat berguna dalam membuat diagnosis.
Menemukan mekanisme molekuler
MRI bekerja dengan menggunakan medan magnet yang kuat untuk membuat tampilan organ dalam yang sangat detail. Medan magnet menyebabkan inti atom hidrogen dalam molekul air menjadi sejajar dengan medan. Pemindai MRI kemudian mengirimkan pulsa gelombang radio pada frekuensi resonansi. Sebagai tanggapan, inti hidrogen yang termagnetisasi memancarkan kembali gelombang radio, menciptakan sinyal yang diambil oleh pemindai MRI untuk membuat gambar.
MADI dibangun di atas teknik yang disebut MRI berbobot difusi, yang melacak pergerakan molekul air melalui jaringan. Sejak 1990-an, MRI berbobot difusi telah digunakan secara luas dalam pengobatan, terutama untuk pencitraan otak untuk mendeteksi cedera stroke dan memantau pengobatan. Teknik ini memberikan hasil yang cepat dan informatif tanpa perlu menyuntikkan zat kontras. Ini juga terbukti bermanfaat untuk mendeteksi dan mempelajari tumor dan proses penyakit lainnya.
Tetapi para ilmuwan belum sepenuhnya memahami mekanisme molekuler yang mengatur bagaimana molekul air bergerak melalui jaringan dan menyebabkan perubahan yang menjadi sinyal yang terlihat dari stroke dan tumor di MRI difusi.
Springer dan rekan mengejar gagasan bahwa membran sel memainkan peran utama dengan secara aktif mengontrol pergerakan molekul air masuk dan keluar sel. Penelitian mereka menunjukkan bahwa kemungkinan molekul air melintasi membran sel sebagian besar ditentukan oleh enzim penting yang disebut pompa natrium-kalium. Rentang membran sel ini dan memompa natrium keluar dan kalium masuk, sebuah proses yang juga menggerakkan pengangkutan molekul air.
“Kami dapat menyadari, dengan mempelajari bahwa pertukaran air terkait dengan aktivitas pompa, kami dapat membuat gambar MRI yang memetakan aktivitas pompa natrium-kalium,” kata Springer.
Pakar independen menyebutnya sebagai “hipotesis mekanistik yang menarik” dalam editorial yang diterbitkan bersama dengan dua artikel di NMR di Biomedicine.
Mengukur energi sel untuk pertama kalinya
Para peneliti menggunakan pemodelan matematika dan simulasi komputer untuk menghasilkan informasi tentang pergerakan molekul air untuk menghitung dan memetakan aktivitas pompa natrium-kalium. Aktivitas itu sangat penting bagi sel-sel hidup yang berfungsi sebagai ukuran laju penggunaan energi yang sedang berlangsung.
“Ini seperti bola lampu, selalu menyala, memberi tahu Anda berapa banyak energi yang dihasilkan sel dari pemecahan glukosa gula dan nutrisi lainnya,” kata Springer. Belum pernah mungkin mengukur aktivitas ini pada makhluk hidup, sampai sekarang.
Kanker secara drastis mengubah penggunaan energi dalam sel, dan itu terlihat jelas dalam studi MADI menggunakan model hewan tumor otak glioma. “Pada hewan, kami sudah bisa mendeteksi kanker, memantau kanker dan memantau pengobatan serta PET,” kata Pike. “Kami harap kami dapat menunjukkannya pada manusia juga.”
Barajas, ahli neuroradiologi, mengingatkan bahwa masih banyak ilmu yang harus dilakukan. “Kami benar-benar harus memvalidasi ini dan memastikan bahwa apa yang kami lakukan benar secara biologis.”
Menurutnya, metode pemindaian yang lebih detail dan akurat akan sangat bermanfaat bagi pasien tumor otak. “Jika kami salah dan menghentikan terapi yang benar-benar berhasil, kami mengirim mereka ke ruang operasi untuk operasi yang belum tentu diperlukan,” katanya. “Ketika kami melakukan kesalahan dan tumor tumbuh dan kami mengatakan tidak, kami mencegah pasien tersebut mendapatkan terapi baru lebih cepat.”
Pencitraan lebih cepat, lebih murah, lebih mudah diakses
Uji klinis yang direncanakan bertujuan untuk merekrut sekitar 12 orang dewasa dengan tumor otak glioma. Otak mereka akan dipindai menggunakan pemindai hibrid PET/MRI di OHSU—yang pertama di Pacific Northwest saat dipasang pada 2021. Pemindai hibrid akan memungkinkan untuk secara langsung membandingkan kinerja PET dengan teknik MADI pada subjek manusia.
Jika MADI terbukti efektif, itu bisa memberikan sejumlah manfaat bagi pasien. Prosedur ini non-invasif dan memakan waktu lebih sedikit daripada PET, membutuhkan waktu beberapa menit, bukan berjam-jam. Ini mungkin lebih murah dan lebih banyak tersedia daripada PET.
Dan, MADI dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan MRI konvensional.
“Pencitraan PET adalah standar perawatan, tetapi akses pasien sangat terbatas di daerah perkotaan,” kata Barajas. “Kemampuan untuk melakukan MADI sebagai rangkaian MRI standar lainnya, saya pikir akan benar-benar membuka akses ke pencitraan ini ke lebih banyak pasien yang tidak tinggal di sekitar pusat kota.”
Informasi lebih lanjut: Jeffrey J. Neil et al, Pencitraan difusi aktivitas metabolik (MADI): Paradigma baru, NMR dalam Biomedis (2022). DOI: 10.1002/nbm.4841
Charles S. Springer et al, Pencitraan difusi aktivitas metabolik (MADI): I. Metabolik, pemodelan dan simulasi sitometrik, NMR dalam Biomedis (2022). DOI: 10.1002/nbm.4781
Charles S. Springer et al, Pencitraan difusi aktivitas metabolik (MADI): II. Pemetaan otak manusia non-invasif beresolusi tinggi dari fluks pompa natrium dan metrik sel, NMR dalam Biomedis (2022). DOI: 10.1002/nbm.4782
Disediakan oleh Universitas Kesehatan & Sains Oregon
Kutipan: Inovasi MRI mengungkapkan aktivitas energi sel dalam organ dan jaringan (2023, 31 Maret) diambil 2 April 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-03-mri-reveals-cells-energy-tissues.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.