Сосудистую сеть человеческого мозга впервые показали в микроскопическом масштабе — Naked Science
10 минут
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.
11 часов назад
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

Вчера, 21:01
7 минут
Мария Азарова

Ученые из Пекинского университета, Оксфорда и Университета Западной Австралии определили режимы питания, которые связаны с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний и общей смертности.

Вчера, 18:52
5 минут
Илья Ведмеденко

«Марсианский» вертолет Ingenuity выполнил второй полет. Аппарат среди прочего смог подняться на большую высоту, чем во время первого запуска.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

11 часов назад
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

20 апреля
2 минуты
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили фотографии строящегося первого опытного образца нового легкого самолета ЛМС-901. Поднять машину в небо ранее хотели в конце этого года.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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: