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Lo studio usa MRI per sondare non invadente l'interno un cervello vivente

La rete di collegamenti del cervello si compone di miliardi di fibre nervose chiamate assoni. Lo spessore degli assoni - insieme ad altri beni - urta significativamente il modo in cui conducono i segnali neurali e quindi la velocità di trattamento globale dei neuroni connessi e delle aree del cervello. Inoltre, molti termini neurodegenerative, quali la sclerosi a placche e morbo di Alzheimer come pure termini quali cancro, il trauma cranico ed il colpo, sono conosciuti per esibire il danno axonal.

È chiaro che gli assoni sono fondamentalmente importanti per il funzionamento del cervello, ma sono egualmente piuttosto misteriosi. Sono così leggermente (meri micrometri di diametro) quello che li sonda non invadente interno che un cervello vivente è stato, finora, impossibile.

Un nuovo studio di collaborazione dai ricercatori che lavorano alla scuola di medicina di NYU Grossman in U.S.A., il centro di Champalimaud per lo sconosciuto nel Portogallo ed il cervello dell'università di Cardiff ricercano il centro della rappresentazione (CUBRIC) nel Regno Unito, stabilito un modo misurare questi collegare microscopici facendo uso di MRI (imaging a risonanza magnetica). I loro risultati sono stati pubblicati nel eLife del giornale scientifico.

Tuffandosi nella materia bianca

Che cosa era l'innovazione che quello piombo il gruppo per sormontare questa sfida di lunga durata? Jelle Veraart, il primo autore dello studio, spiega che il tasto era di trovare un modo prendere in giro a parte due tipi di segnali: quelli che nascono dall'interno degli assoni e quelli che risultano dal tessuto circostante.

MRI soprattutto funziona individuando i segnali delle molecole di acqua, che costituiscono circa 80% del cervello umano. Gli assoni hanno acqua dentro loro, ma in modo da fa il tessuto che le circonda. Così, nel gruppo della biofisica di MRI alla scuola di medicina di NYU Grossman, abbiamo messo a punto un metodo che sopprime preferenziale il segnale dappertutto ma negli assoni. Specificamente, abbiamo modellato come il segnale dell'acqua si comporta nelle parti differenti del tessuto. Poi, abbiamo misurato i beni degli assoni nel campione facendo uso del segnale residuo, che ha corrisposto soltanto a loro.„

Jelle Veraart, primo autore dello studio

Ma un modello rimane teorico fino a convalidarlo. Il gruppo quindi ha verificato il modello facendo uso degli scanner ultraelevati preclinici di MRI e la microscopia al centro di Champalimaud a sconosciuto. Una volta che il modello fosse verificato facendo uso di questi tecnologia e metodologia avanzate, i ricercatori hanno passato verso il punto seguente - applicarlo agli esseri umani. “Abbiamo eseguito questa fase in collaborazione con Derek che Jones al centro della rappresentazione della ricerca del cervello dell'università di Cardiff, in cui hanno strumentazione speciale di MRI che è abbastanza potente evocare i segnali robusti stati necessari per questo genere di misura„, dice Veraart.

I risultati del metodo erano eccezionali - mentre gli studi precedenti hanno reso le misure che erano un ordine di grandezza più grandi dimensioni axonal di quanto conosciute, le misure del gruppo erano senza precedenti accurati - soltanto un errore 10-15% - nel loro preventivo delle stesse funzionalità.

Che cosa era la sorgente dell'errore? “Effettuiamo le nostre misure nelle aree “della materia bianca„. Ha chiamato che perché soprattutto consiste degli assoni, che hanno un colore biancastro. All'interno di un millimetro cubico del tessuto, ci sono decine di migliaia di assoni. Le nostre misure stimano un metrico fatto la media di tutti gli assoni e tendono ad essere dominate dai più grandi assoni nel campione di tessuto„, spiega Dmitry Novikov, della scuola di medicina di NYU Grossman. “Ancora, ci sono altre funzionalità che potrebbero “masquerade„ come assoni nei nostri segnali, come “armano„ di altri tipi di celle nel cervello chiamato astrocytes.„

Ora che il metodo è stato stabilito, i ricercatori stanno ritenendo ai punti seguenti. “La quantificazione in vivo dei diametri dell'assone con MRI apre la strada ad una nuova linea di ricerca„, dice Noam Shemesh, del centro di Champalimaud per lo sconosciuto. “MRI è non invadente ed in modo da può essere usato per svolgere sicuro gli studi che seguono i cambiamenti in assoni sovraestesi periodi. Il più che impariamo circa queste strutture, più vicini siamo a capire come gli impianti di cervello, nella salubrità e nella malattia„.

“Questo studio evidenzia l'importanza di collaborazione nella ricerca„, Veraart aggiunge. “Come conseguenza di questo lavoro di squadra internazionale prolifico, abbiamo una storia completa - dallo sviluppo teorico di una tecnica novella, la convalida sperimentale in roditori e definitivo alla traduzione umana.„

Source:
Journal reference:

Veraart, J., et al. (2020) Noninvasive quantification of axon radii using diffusion MRI. eLife. doi.org/10.7554/eLife.49855.