Imaging fotoacustico: novità sulle funzioni cerebrali

Scoprire il completo funzionamento del cervello è una sfida formidabile della scienza attuale. Un team scienziati ha sviluppato un sistema di imaging fotoacustico ultraveloce in grado di catturare i cambiamenti funzionali e molecolari dei principali disturbi cerebrali. Attualmente, le tecniche di imaging in tempo reale sono importanti per aumentare la comprensione dei disturbi neurovascolari come: ictus, demenza e lesioni cerebrali acute.

Situazione attuale sulle modalità di imaging

Anche se la tomografia a emissione di positroni (PET) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) forniscono un’eccellente penetrazione, purtroppo soffrono di basse risoluzioni spaziali/temporali. Si utilizza ampiamente la microscopia ottica per studiare le funzioni cerebrali ad alta risoluzione; seppure questa è spesso ostacolata dalla lenta velocità di imaging o dalla scarsa profondità di penetrazione. Si è utilizzato l’imaging ad ultrasuoni potenziato con microbolle per la ricerca sul cervello con penetrazione profonda ed ad alta risoluzione.

Imaging fotoacutistico: cos’è?

Un metodo alternativo di imaging, la microscopia fotoacustica (PAM), utilizza impulsi di luce laser sparati in un organo. Gli impulsi causano un’onda ecografica che viene catturata per formare un’immagine. L’imaging fotoacustico è una tecnica ibrida di imaging ottico e acustico in cui il tessuto biologico è esposto a impulsi laser non ionizzanti. È importante sottolineare che il PAM può utilizzare la luce laser di diverse lunghezze d’onda per colpire strutture specifiche nel corpo, anche a livello molecolare. Ciò significa che il PAM può misurare importanti parametri emodinamici come: l’ossigenazione del sangue, il flusso sanguigno e il tasso metabolico dell’ossigeno.

Ci sono degli svantaggi?

Lo svantaggio di PAM è che è lento a scansionare, questo problema è stato risolto dai ricercatori del Duke Institute of Brain Sciences (DIBS) con lo sviluppo della microscopia fotoacustica funzionale ultraveloce (UFF-PAM) che risulta 2 volte più rapida dei sistemi PAM esistenti. UFF-PAM consente l’imaging cerebrale della microvasculatura ed il funzionamento con un ampio campo visivo, il tutto con un’alta risoluzione spaziale che manca nelle altre tecniche di imaging.

Studio attuale sui topi

In un esperimento proof-of-concept, il team di ricercatori ha utilizzato UFF-PAM per rilevare nei topi con successo le risposte emodinamiche a:

• ipossia indotta,
• ipotensione indotta da nitroprusside di sodio,
• ictus.

UFF-PAM, inoltre, è stato in grado di catturare rapidi cambiamenti in tempo reale ed ha prodotto un risultato inaspettato in merito alle funzioni cerebrali.

Risultati ottenuti

Durante le rilevazioni, UFF-PAM ha catturato un’onda di depolarizzazione (SD) emanata dall’area colpita dall’ictus attraverso il cervello, causando il restringimento dei vasi sanguigni (vasocostrizione) mentre si diffonde. Le onde SD sono di grande interesse per i ricercatori perché la loro funzione è poco conosciuta. Queste onde potrebbero essere un’indicazione del livello di gravità di un infortunio e ciò potrebbe renderle un potenziale strumento diagnostico. La natura delle onde potrebbe, inoltre, offrire indizi sulla tipologia e sull’entità della lesione cerebrale e ciò potrebbe portare all’ottimizzazione ed alla personalizzazione del trattamento.

Conclusioni e prospettive future di questa tipologia di imaging

In conclusione, si è sviluppata una nuova tecnologia PAM funzionale ad alta velocità che può fornire un potente strumento per studiare l’emodinamica cerebrale del cervello in una vasta gamma di modelli patologici e fisiologici. Il team di ricerca sta ora valutando l’utilizzo di UFF-PAM per lo studio di altre patologie. Anche se UFF-PAM è attualmente utilizzato solo negli animali, per il futuro si è rivelata l’intenzione di sviluppare un UFF-PAM portatile per l’utilizzo sull’uomo.