Une nouvelle technologie qui utilise des machines d'IRM cliniques pour image l'activité métabolique dans le cerveau pourrait donner aux chercheurs et aux cliniciens un aperçu unique de la fonction et de la maladie du cerveau, les chercheurs de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign. L'imagerie métabolique non invasive à haute résolution du cerveau entier a révélé des différences d'activité métabolique et de niveaux de neurotransmetteurs entre les régions cérébrales; trouvé des altérations métaboliques des tumeurs cérébrales; et les lésions de sclérose en plaques cartographiées et caractérisées – avec les patients qui ne dépensent que des minutes dans un scanner IRM.
Dirigé par Zhi-Pei Liang, professeur de génie électrique et informatique et membre du Beckman Institute for Advanced Science and Technology à l'U. of I., l'équipe a signalé ses résultats dans le Journal Génie biomédical de la nature.
Comprendre le cerveau, comment il fonctionne et ce qui ne va pas lorsqu'il est blessé ou malade est considéré comme l'une des efforts scientifiques les plus excitants et les plus difficiles de notre temps. L'IRM a joué des rôles majeurs dans le déverrouillage des mystères du cerveau au cours des quatre dernières décennies. Notre nouvelle technologie ajoute une autre dimension à la capacité de l'IRM pour l'imagerie cérébrale: visualisation du métabolisme du cerveau et détection des altérations métaboliques associées aux maladies cérébrales. «
Zhi-Pei Liang, professeur de génie électrique et informatique et membre du Beckman Institute for Advanced Science and Technology aux États-Unis de I.
L'IRM conventionnelle fournit une imagerie détaillée à haute résolution des structures cérébrales. L'IRM fonctionnelle mappe l'activité cérébrale en détectant les changements dans le flux sanguin et le taux d'oxygénation du sang, qui sont étroitement liés à l'activité neuronale. Cependant, ils ne peuvent pas fournir d'informations sur l'activité métabolique dans le cerveau, ce qui est important pour comprendre la fonction et la maladie, a déclaré le chercheur postdoctoral Yibo Zhao, le premier auteur de l'article.
« Les changements métaboliques et physiologiques se produisent souvent avant que les anomalies structurelles et fonctionnelles ne soient visibles sur les images conventionnelles IRM et IRMf », a déclaré Zhao. « L'imagerie métabolique peut donc entraîner un diagnostic précoce et une intervention des maladies cérébrales. »
Les techniques IRM et IRMf sont basées sur des signaux de résonance magnétique des molécules d'eau. La nouvelle technologie mesure les signaux des métabolites cérébraux et des neurotransmetteurs ainsi que des molécules d'eau, une technique connue sous le nom d'imagerie spectroscopique par résonance magnétique. Ces images MRSI peuvent fournir de nouvelles informations importantes sur la fonction cérébrale et les processus pathologiques et pourraient améliorer la sensibilité et la spécificité de la détection et du diagnostic des maladies cérébrales, a déclaré Zhao.
D'autres tentatives de MRSI ont été enlisées par les longues moments nécessaires pour capturer les images et les niveaux élevés de bruit obscurcissant les signaux des neurotransmetteurs. La nouvelle technique relève les deux défis.
« Notre technologie surmonte plusieurs obstacles techniques de longue date à l'imagerie métabolique rapide à haute résolution en intégrant synergiquement l'acquisition de données ultra-rapides avec des méthodes d'apprentissage automatique basées sur la physique pour le traitement des données », a déclaré Liang. Avec la nouvelle technologie MRSI, l'équipe de l'Illinois a réduit le temps requis pour un scanner entier à 12 minutes et demie.
Les chercheurs ont testé leur technique MRSI sur plusieurs populations. Chez des sujets sains, les chercheurs ont trouvé et cartographié des activités métaboliques et neurotransmetteurs variables dans différentes régions cérébrales, indiquant qu'une telle activité n'est pas universelle. Chez les patients atteints de tumeurs cérébrales, les chercheurs ont trouvé des altérations métaboliques, telles que la choline élevée et le lactate, dans des tumeurs de différents grades – même lorsque les tumeurs semblaient identiques sur des images IRM cliniques. Chez les sujets atteints de sclérose en plaques, la technique a détecté des changements moléculaires associés à la réponse neuroinflammatoire et réduit l'activité neuronale jusqu'à 70 jours avant que les changements ne deviennent visibles sur les images d'IRM cliniques, rapportent les chercheurs.
Les chercheurs prévoient un potentiel pour une large utilisation clinique de leur technique: en suivant les changements métaboliques au fil du temps, les cliniciens peuvent évaluer l'efficacité des traitements des conditions neurologiques, a déclaré Liang. Les informations métaboliques peuvent également être utilisées pour adapter les traitements à des patients individuels en fonction de leurs profils métaboliques uniques.
« L'imagerie métabolique à haute résolution du cerveau entier a un potentiel clinique important », a déclaré Liang, qui a commencé sa carrière dans le laboratoire du défunt professeur de l'Illinois, Paul Lauterbur, récipiendaire du prix Nobel pour le développement de la technologie IRM. « Paul a envisagé cette possibilité passionnante et l'approche générale, mais il a été très difficile de réaliser son rêve d'une imagerie métabolique rapide à haute résolution dans le cadre clinique.
« Alors que les soins de santé s'orientent vers la médecine personnalisée, prédictive et de précision, cette technologie à haute vitesse et haute résolution peut fournir un outil opportun et efficace pour répondre à un besoin urgent non satisfait d'une imagerie métabolique non invasive dans les applications cliniques. »
