TECNOLOGÍA. La imagen fotoacústica ultrarrápida proporciona nuevos conocimientos sobre la función cerebral

fotoacústica, microscopía

 

La microscopía fotoacústica funcional ultrarrápida (UFF-PAM) se ha utilizado en ratones para capturar imágenes del cerebro en tiempo real y de alta velocidad. 

Zhu et al ( CC por 4.0 )

Científicos de la Universidad de Duke han desarrollado un sistema de imágenes fotoacústicas ultrarrápidas capaz de capturar los cambios funcionales y moleculares que ocurren en los principales trastornos cerebrales.

15 febrero 2023.- Las técnicas de imagen que brindan información detallada en tiempo real en relación con las redes vasculares cerebrales complejas son importantes para ampliar nuestra comprensión de los trastornos neurovasculares como los accidentes cerebrovasculares, la demencia y las lesiones cerebrales agudas.

Si bien la tomografía por emisión de positrones (PET) y la resonancia magnética funcional (fMRI) brindan imágenes decentes, tienen una resolución espacial baja, lo que dificulta diferenciar entre estructuras corporales adyacentes, y una resolución temporal baja, que es el tiempo que se tarda en producir mediciones. y construir una imagen.

De manera similar, la microscopía óptica produce imágenes de alta resolución, pero se ve obstaculizada por la baja velocidad de formación de imágenes y la poca profundidad de penetración. El ultrasonido mejorado con microburbujas penetra profundamente con alta resolución pero carece de sensibilidad funcional.

Un método alternativo de obtención de imágenes, la microscopía fotoacústica (PAM), utiliza pulsos de luz láser disparados hacia un órgano. Los pulsos provocan una onda de ultrasonido que se captura para formar una imagen.

Es importante destacar que PAM puede usar luz láser de diferentes longitudes de onda para apuntar a estructuras específicas en el cuerpo, incluso hasta el nivel molecular. Esto significa que PAM puede medir parámetros hemodinámicos importantes, como la oxigenación de la sangre, el flujo sanguíneo y la tasa metabólica de oxígeno.

La desventaja de PAM es que es lento de escanear. Pero este problema ha sido resuelto por investigadores del Duke Institute of Brain Sciences (DIBS) con el desarrollo de microscopía fotoacústica funcional ultrarrápida (UFF-PAM) que es dos veces más rápida que los sistemas PAM existentes.

UFF-PAM permite obtener imágenes de la microvasculatura y el funcionamiento del cerebro con un amplio campo de visión y una alta resolución espacial que falta en otras técnicas de imágenes.

En un experimento de prueba de concepto, los investigadores de Duke utilizaron UFF-PAM para capturar con éxito las respuestas hemodinámicas a la hipoxia inducida, la hipotensión inducida por nitroprusiato de sodio y el accidente cerebrovascular en cerebros de ratones. UFF-PAM pudo capturar cambios rápidos en todo el cerebro en tiempo real. El estudio apareció en la revista Light: Science and Applications .

El experimento del accidente cerebrovascular arrojó un resultado inesperado. UFF-PAM detectó una onda de despolarización en expansión (SD) que emanaba del área del accidente cerebrovascular a lo largo del cerebro, lo que provocaba el estrechamiento de los vasos sanguíneos (vasoconstricción) a medida que se propagaba. Las ondas SD son de gran interés para los investigadores y científicos porque su función es poco conocida.

"Las ondas SD podrían ser una indicación del nivel de gravedad de una lesión, lo que las convierte en una posible herramienta de diagnóstico", dijo Junjie Yao, PhD, profesor asistente de ingeniería biomédica y miembro de la facultad de DIBS. “La naturaleza de las ondas también podría ofrecer pistas sobre el tipo y el alcance de la lesión cerebral, lo que podría informar y optimizar el tratamiento”, dijo Yao.

El equipo de Duke ahora está considerando usar UFF-PAM para estudiar otras enfermedades. Si bien el UFF-PAM actualmente solo se usa en animales, planean desarrollar un UFF-PAM portátil para usar en humanos.

Fuente: Institutos NIH