Innowacyjne metody obrazowania nadzieją na dokładniejszą diagnostykę
Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) jest techniką powszechnie wykorzystywaną do rejestrowania obrazu narządów wewnętrznych i układów biologicznych w ciele. W ramach tej techniki obrazy generowane są przy użyciu silnych pól magnetycznych i fal radiowych. Istotnym wyzwaniem jest jednak fakt, że ludzkie ciało jest złożonym środowiskiem pełnym „szumów”, które utrudniają obrazowanie. Przykładem są zakłócenia w polu magnetycznym lub też indywidualne reakcje pacjentów na środek kontrastowy, jeśli został podany. Ponadto większość aparatów MRI wymaga umieszczenia pacjenta w wąskim tunelu. U niektórych osób wywołuje to spory niepokój. Zatem przyspieszenie całej procedury dałoby szansę na poprawę komfortu pacjentów.
Nowe procedury sondowania i obrazowania MRI
Głównym celem, jaki przyświecał twórcom finansowanego przez Unię Europejską projektu PATHOS, była znacząca poprawa skuteczności wykrywania zarówno za pomocą MRI, jak i optycznej detekcji rezonansu magnetycznego (ODMR). „Punktem wyjścia było zaproponowanie nowych teoretycznych schematów pomiarowych, wykorzystujących zarówno klasyczne, jak i kwantowe sondy zewnętrznych pól elektrycznych i magnetycznych”, wyjaśnia profesor Filippo Caruso z Uniwersytetu Florenckiego we Włoszech, koordynator projektu PATHOS. „Zamierzaliśmy radykalnie uprościć procedury sondowania i obrazowania. Nadrzędnym celem było znaczące wzbogacenie treści informacji pozyskiwanych ze skanów i skrócenie czasu ekspozycji na promieniowanie”. W ramach kolejnego etapu powstały nowe techniki skanowania umożliwiające osiągnięcie celów projektu, takich jak eliminacja z obrazów termicznych „szumów” w tle. „Opracowaliśmy również sposoby na odczytanie dotychczas niewidocznej aktywności biochemicznej”, dodaje Caruso. Aby móc wykorzystać wszystkie te wcześniej niemożliwe do odczytania informacje, w ramach projektu opracowano pionierskie techniki przetwarzania danych. „Techniki te zostały następnie przetestowane przy użyciu różnorodnych, wzajemnie uzupełniających się platform eksperymentalnych”, mówi Caruso. „Staraliśmy się również zidentyfikować przyszłe zastosowania, w których można by wykorzystać te nowe koncepcje i narzędzia”.
Zestaw narzędzi przełomem w badaniach biologicznych
Wykraczając poza granice aktualnej wiedzy w zakresie technik skanowania, zespół projektu PATHOS był w stanie stworzyć zestaw narzędzi dający ogromne możliwości. Zdaniem Caruso i jego zespołu, poszczególne narzędzia z tego zestawy otwierają drogę do przełomowych zmian w badaniach biologicznych, a także diagnostyce medycznej. W drodze doświadczeń prowadzonych w warunkach laboratoryjnych wykazano, że wiele z tych narzędzi może zaoferować wysoki poziom dokładności i czułości obrazowania. Niektóre z tych doświadczeń obejmowały obrazowanie przy użyciu protonów iminowych RNA, takich jak te tworzące genom wirusa SARS-CoV-2. Może to mieć daleko idące konsekwencje dla prac nad nowymi szczepionkami i lekami. „Niektóre z tych fundamentalnych badań mogą otworzyć nowe możliwości w tych dziedzinach”, zaznacza Caruso. „Dobrym tego przykładem było zastosowanie określonych zjawisk kwantowych zaobserwowanych w niektórych eksperymentach. Zjawiska te zostały wykorzystane do próby lepszego scharakteryzowania genomu wirusa SARS-CoV-2”.
Zastosowanie technik detekcji w środowiskach in vivo
Mówiąc o przyszłości w dziedzinie diagnostyki, Caruso podkreśla, że najważniejszym kolejnym krokiem będzie zastosowanie nowych technik w środowiskach in vivo. „Opracowane metody magnetycznego rezonansu jądrowego można by dostosować na potrzeby badań in vivo, co sugerują nasze wyniki uzyskane na podstawie analizy próbek tkanek ex vivo”, zauważa Caruso. „Jednak pewnych trudności może nastręczać złożoność środowiska chemicznego w żywej tkance”. Zdaniem Caruso kolejnym wyzwaniem będzie fizjologiczny „szum” – typowy dla rzeczywistego środowiska, w jakim działa MRI. „Ograniczenia te można jednak pokonać za pomocą niektórych metod zaproponowanych w ramach projektu PATHOS”, dodaje. „Mamy nadzieję, że nasza praca doprowadzi do znaczącego skrócenia czasu i poprawy jakości badań obrazowych”.
Słowa kluczowe
PATHOS, medyczny, diagnostyczny, promieniowanie, MRI, biologiczny, magnetyczny
