Сосудистую сеть человеческого мозга впервые показали в микроскопическом масштабе — Naked Science
16 марта
Мария Азарова

Сосудистую сеть человеческого мозга впервые показали в микроскопическом масштабе

5.7

Визуализация и количественная оценка сосудов головного мозга, которые оставались невидимыми в полной мере из-за отсутствия необходимых технологий, предоставят новое понимание связи между кровообращением этого органа и нейрональной активностью. Кроме того, у врачей появится возможность проводить более раннюю диагностику цереброваскулярных заболеваний и, следовательно, разрабатывать более эффективные методы их лечения.

Сосудистая сеть мозга
Ультразвуковая локализационная микроскопия позволила получить подробную информацию о сосудистой сети головного мозга в микроскопическом масштабе / © Physics for Medicine

Сотрудники Лаборатории физики для медицины в Париже (ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS) добились картирования сосудистой сети головного мозга человека в беспрецедентных масштабах, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Nature Biomedical Engineering. Это стало возможно благодаря ультразвуковой локализационной микроскопии сверхвысокого разрешения, а также сверхбыстрой сонографии и использованию контрастных веществ. 

Кровеносные сосуды мозга — чрезвычайно сложная сеть, которая снабжает нейроны кислородом и питательными веществами. Из этого следует, что сосудистая и нейрональная активность тесно связаны, а нарушения в сосудах считаются основной причиной многих неврологических расстройств. Диагностика и лечение этих заболеваний усложняются нехваткой знаний о функциях мелких кровеносных сосудов и ограничениями в цереброваскулярной визуализации. 

Компьютерная томографическая ангиография и магнитно-резонансная ангиография — два самых распространенных на сегодня метода получения изображения кровеносных сосудов. Они охватывают крупные артерии, достигающие в диаметре несколько десятых миллиметра, но не могут обнаружить более мелкие капилляры. К тому же ангиографии не предоставляют динамической информации о сосудистой сети в различных пространственных масштабах. 

Решение, предложенное авторами нового исследования, должно восполнить этот пробел, ведь оно предлагает динамические изображения потоков крови всей сосудистой сети — от более крупных артерий до мелких капилляров. К тому же эта технология неинвазивная, неионизирующая, простая и не потребует серьезных финансовых вложений.

Ультразвуковая локализационная микроскопия внутривенно введенных микропузырьков в сосудистой сети головного мозга / © ESPCI Paris-PSL, Inserm, CNRS

Команда Микаэля Тантера применила сверхбыструю сонографию — неинвазивное исследование организма с помощью ультразвуковых волн, позволяющее получать тысячи изображений в секунду. Затем в ход пошли контрастные вещества: в итоге микропузырьки из биосовместимого газа, вводимые внутривенно, циркулировали по всей сосудистой сети мозга. Их визуализировали посредством ультразвукового зонда, помещенного напротив головы пациента, у виска. Определяя положение миллионов микропузырьков в течение нескольких секунд, ученые смогли восстановить анатомию сосудистой сети вплоть до масштаба в 25 микрометров, собирая при этом информацию о локальных динамических компонентах кровотока. 

Метод опробовали на мелких лабораторных животных еще в 2015 году, но сделать изображения мозга взрослого человека не удавалось. Проблема была в том, что, во-первых, ультразвуковой сигнал искажается при прохождении через череп, приводя к ухудшению качества изображения. Во-вторых, нужно было разработать алгоритмы коррекции движения, поскольку любое малейшее движение в мозге препятствует возможности локализации микропузырька с точностью до микрона. 

«Эта “мировая премьера” на людях стала возможной благодаря совместной реализации нескольких методов. Первый — сверхбыстрая визуализация, которая обеспечивает огромное количество данных за очень короткий промежуток времени и позволяет различать акустическую сигнатуру каждого отдельного микропузырька. Затем локализация ультразвука сняла предел разрешения, когда изображение крошечного объекта представляет собой размытое пятно — большее, чем реальный объект. Но если этот объект изолирован, можно разумно предположить, что его точное местоположение — центр размытого пятна. В нашем случае микропузырьки, циркулирующие в кровотоке, играют роль изолированных объектов и позволяют восстановить точное расположение каждого кровеносного сосуда. Наконец, регистрация эха микропузырьков предоставило доступ к волне, исходящей от объекта микронных размеров, и, следовательно, позволило восстановить то, что произошло во время распространения волны сквозь череп, чтобы исправить возникающие возмущения», — рассказал Чарли Демене, ведущий автор исследования.

Благодаря своей разработке ученые уже смогли зафиксировать мельчайшие детали турбулентного кровотока в области аневризмы, расположенной в глубине в середине мозга одного из пациентов. Новые возможности визуализации сосудов открывают путь для лучшего понимания и диагностики цереброваскулярных заболеваний, таких как инсульт, а также нейродегенеративных болезней.

Вдобавок ко всему вышесказанному стоит отметить, что ультразвуковая локализационная микроскопия более проста в использовании клиницистами по сравнению с существующими методами, более рентабельна и менее громоздка — процедуру можно проводить прямо около постели пациента.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сегодня, 09:16
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

11 часов назад
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

31 июля
Василий Парфенов

Изучение загадочной короны черной дыры, образованной рентгеновским излучением, преподнесло интересное открытие. Космические телескопы XMM-Newton и NuSTAR смогли «увидеть» свет, отраженный веществом сразу позади невероятно массивного объекта. И хотя это очередной раз подтверждает общую теорию относительности, про основной объект исследований ученые почти не получили новых данных.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

26 июля
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: