Pesquisadores de várias universidades fizeram um avanço na tecnologia de ressonância magnética, capturando as imagens mais nítidas do cérebro de um camundongo. Esta ressonância magnética refinada, combinada com microscopia de folha de luz, fornece uma maneira sem precedentes de visualizar a conectividade do cérebro, potencialmente levando a uma melhor compreensão das doenças neurodegenerativas em humanos.
A tecnologia de ressonância magnética do esforço liderado pela Duke revela todo o cérebro do camundongo na mais alta resolução.
A ressonância magnética (MRI) é como visualizamos tecidos moles e aquosos que são difíceis de visualizar com raios-X. Mas enquanto uma ressonância magnética fornece resolução boa o suficiente para detectar um tumor cerebral, ela precisa ser muito mais nítida para visualizar detalhes microscópicos dentro do cérebro que revelam sua organização.
Em um tour de force técnico de décadas liderado pelo Duke’s Center for In Vivo Microscopy com colegas do University of Tennessee Health Science Center, University of Pennsylvania, University of Pittsburgh e Indiana University, os pesquisadores aceitaram o desafio e melhoraram a resolução da ressonância magnética levando às imagens mais nítidas já capturadas de um cérebro de rato.
Coincidindo com o 50º aniversário da primeira ressonância magnética, os pesquisadores geraram varreduras de um cérebro de camundongo que são dramaticamente mais nítidas do que uma ressonância magnética clínica típica para humanos, o equivalente científico de ir de um gráfico pixelado de 8 bits para o detalhe hiper-realista de um Pintura de Chuck Close.
Um único voxel das novas imagens – pense nisso como um pixel cúbico – mede apenas 5 mícrons. Isso é 64 milhões de vezes menor que um voxel de ressonância magnética clínica.
Embora os pesquisadores tenham focado seus ímãs em camundongos em vez de humanos, a ressonância magnética refinada fornece uma nova maneira importante de visualizar a conectividade de todo o cérebro em resolução recorde. Os pesquisadores dizem que novos insights de imagens de camundongos, por sua vez, levarão a uma melhor compreensão das condições em humanos, como o cérebro muda com a idade, dieta ou mesmo com doenças neurodegenerativas como o mal de Alzheimer.
“É algo verdadeiramente capacitador. Podemos começar a olhar para as doenças neurodegenerativas de uma maneira totalmente diferente”, disse G. Allan Johnson, Ph.D., principal autor do novo artigo e professor ilustre de radiologia, física e engenharia biomédica da Universidade Charles E. Putman na Duke.
A empolgação de Johnson está chegando há muito tempo. O novo trabalho da equipe, publicado em 17 de abril na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, é o culminar de quase 40 anos de pesquisa no Duke Center for In Vivo Microscopy.
Ao longo das quatro décadas, Johnson, seus alunos de pós-graduação em engenharia e seus muitos colaboradores na Duke e de longe refinaram muitos elementos que, quando todos combinados, possibilitaram a resolução revolucionária da ressonância magnética.
Alguns dos principais ingredientes incluem um ímã incrivelmente poderoso (a maioria das ressonâncias magnéticas clínicas depende de um ímã de 1,5 a 3 Tesla; a equipe de Johnson usa um ímã de 9,4 Tesla), um conjunto especial de bobinas de gradiente que são 100 vezes mais fortes do que as de uma ressonância magnética clínica e ajudam a gerar a imagem do cérebro e um computador de alto desempenho equivalente a quase 800 laptops, todos funcionando para gerar a imagem de um cérebro.
Depois que Johnson e sua equipe “escaneiam a luz do dia”, eles enviam o tecido para ser fotografado usando uma técnica diferente chamada microscopia de folha de luz. Essa técnica complementar lhes dá a capacidade de rotular grupos específicos de células em todo o cérebro, como células emissoras de dopamina, para observar a progressão da doença de Parkinson.
A equipe então mapeia as imagens da folha de luz, que fornecem uma visão altamente precisa das células cerebrais, na ressonância magnética original, que é muito mais precisa anatomicamente e fornece uma visão vívida das células e circuitos em todo o cérebro.
Com essas imagens combinadas de dados do cérebro inteiro, os pesquisadores agora podem perscrutar os mistérios microscópicos do cérebro de maneiras nunca antes possíveis.
Um conjunto de imagens de ressonância magnética mostra como a conectividade em todo o cérebro muda à medida que os camundongos envelhecem, bem como regiões específicas, como o subículo envolvido na memória, mudam mais do que o resto do cérebro do camundongo.
Outro conjunto de imagens mostra um carretel de conexões cerebrais com as cores do arco-íris que destacam a notável deterioração das redes neurais em um modelo de camundongo com doença de Alzheimer.
A esperança é que, ao tornar a ressonância magnética um microscópio ainda mais poderoso, Johnson e outros possam entender melhor os modelos de camundongos de doenças humanas, como a doença de Huntington, Alzheimer e outras. E isso deve levar a uma melhor compreensão de como coisas semelhantes funcionam ou dão errado nas pessoas.
“Pesquisas apoiadas pelo Instituto Nacional do Envelhecimento descobriram que intervenções dietéticas e medicamentosas modestas podem levar os animais a viver 25% mais”, disse Johnson. “Então, a questão é: o cérebro deles ainda está intacto durante essa vida útil prolongada? Eles ainda poderiam fazer palavras cruzadas? Eles serão capazes de fazer Sudoku mesmo vivendo 25% mais? E nós temos a capacidade agora de olhar para isso. E ao fazermos isso, podemos traduzir isso diretamente na condição humana.”
Publicado em 24/04/2023 00h22
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