ثبت دقیق و لحظه‌ای اختلالات مغزی با یک روش پیشرفته و جدید

به گزارش خبرنگار گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا، دانشمندان دانشگاه دوک یک سیستم تصویربرداری فوتوآکوستیک فوق سریع را توسعه داده اند که قادر به ثبت تغییرات عملکردی و مولکولی است که در اختلالات مغزی عمده مانند سکته مغزی، زوال عقل و آسیب حاد مغزی رخ می‌دهد.

تکنیک‌های تصویربرداری که اطلاعات دقیق و لحظه‌ای را در رابطه با شبکه‌های پیچیده عروقی مغزی ارائه می‌دهند، برای گسترش درک ما از اختلالات عصبی عروقی مانند سکته مغزی، زوال عقل و آسیب حاد مغزی مهم هستند.

در حالی که توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) و تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) تصاویر مناسبی ارائه می‌دهند، آن‌ها از وضوح فضایی پایین رنج می‌برند، که تمایز بین ساختار‌های مجاور را دشوار می‌کند.

به طور مشابه، میکروسکوپ نوری تصاویری با وضوح بالا تولید می‌کند، اما سرعت تصویربرداری پایین و عمق نفوذ ضعیف مانع از آن می‌شود. سونوگرافی تقویت شده با میکروحباب با وضوح بالا عمیقا نفوذ می‌کند، اما حساسیت عملکردی ندارد.

یک روش جایگزین تصویربرداری، میکروسکوپ فوتو آکوستیک (PAM) است که از پالس‌های نور لیزری استفاده می‌کند که به اندام شلیک می‌شود. پالس‌ها باعث ایجاد یک موج اولتراسوند می‌شوند که برای تشکیل تصویر گرفته می‌شود.

نکته مهم این است که میکروسکوپ فوتو آکوستیک  می‌تواند از نور لیزر با طول موج‌های مختلف برای هدف قرار دادن ساختار‌های خاص بدن حتی تا سطح مولکولی استفاده کند. این بدان معناست که میکروسکوپ فوتو آکوستیک می‌تواند پارامتر‌های مهم همودینامیک مانند اکسیژن رسانی خون، جریان خون و نرخ متابولیک اکسیژن را اندازه گیری کند.

نقطه ضعف میکروسکوپ فوتو آکوستیک این است که اسکن آن کند است. اما این مشکل توسط محققان موسسه علوم مغز دوک (DIBS) با توسعه میکروسکوپ فوتوآکوستیک عملکردی فوق سریع (UFF-PAM) که دو برابر سریعتر از سیستم‌های PAM موجود است، حل شده است.

میکروسکوپ فوتوآکوستیک عملکردی فوق سریع تصویربرداری از ریز عروق مغز و عملکرد با میدان دید وسیع و وضوح فضایی بالا را امکان پذیر می‌کند که در سایر تکنیک‌های تصویربرداری وجود ندارد.

در یک آزمایش، محققان موسسه دوک ازاین میکروسکوپ برای ثبت پاسخ‌های همودینامیک به هیپوکسی القا شده، افت فشار خون ناشی از نیتروپروساید سدیم و سکته مغزی در مغز موش استفاده کردند. در این مطالعه UFF-PAM قادر به ثبت تغییرات سریع و کل مغز در زمان واقعی بود.

آزمایش سکته مغزی نتیجه غیرمنتظره‌ای به همراه داشت. UFF-PAM یک موج دپلاریزاسیون در حال گسترش (SD) را شناسایی کرد که از ناحیه سکته مغزی سرچشمه می‌گیرد و باعث باریک شدن رگ‌های خونی (انقباض عروق) می‌شود. امواج SD برای محققان و دانشمندان بسیار مورد توجه است، زیرا عملکرد آن‌ها به خوبی درک نشده است.

جونجی یائو، استادیار مهندسی زیست پزشکی و عضو هیئت علمی DIBS، گفت: امواج SD می‌تواند نشانه‌ای از میزان شدت آسیب باشد و آن‌ها را به یک ابزار تشخیصی بالقوه تبدیل کند.

یائو گفت: ماهیت امواج همچنین می‌تواند سرنخ‌هایی در مورد نوع و میزان آسیب مغزی ارائه دهد که می‌تواند درمان را اطلاع‌رسانی و بهینه‌سازی کند.

تیم دوک اکنون به دنبال استفاده از میکروسکوپ فوتوآکوستیک عملکردی فوق سریع برای مطالعه سایر بیماری‌ها است. این میکروسکوپ در حال حاضر فقط در حیوانات استفاده می‌شود، اما یائو برنامه‌هایی را برای توسعه UFF-PAM دستی برای استفاده در انسان فاش کرد.

این مطالعه در مجله Science and Applications منتشر شد.