Cercetătorii de la MIT au conceput un nou mod de investigaţie bazat pe imagistica prin rezonanţă magnetică (RMN), ce permite obţinerea unei imagini mai profunde a creierului. Folosind această tehnică, medicii pot urmări procesele de semnalizare dinăuntrul neuronilor fiinţelor vii, permiţând să asocieze activitatea neuronală cu comportamente specifice.
Calciul este o moleculă critică de semnalizare pentru majoritatea celulelor, fiind în special important pentru neuroni. Imagistica calciului în celulele cerebrale poate arăta modul în care neuronii comunică unul cu altul; oricum, tehnicile de imagistică din prezent pot accesa doar câţiva milimetri din creier.
”Această lucrare descrie prima detectare bazată pe RMN a semnalizării intracelulare a calciului, ceea ce este direct analog cu abordări optice puternice folosite des în neuroşiinţă, dar ceea ce acum permite ca aceste măsurători să fie efectuate in vivo adânc în ţesuturi”, a spus Alan Jasaonn, profesor de inginerie biologică, ştiinţe cognitive şi ştiinţă nucleară şi membru asociat al McGovern Institute for Brain Research de la MIT, citat de sciencedialy.com.
În starea de repaus, neuronii au niveluri de calciu foarte scăzute dar atunci când dau un impuls electric, calciul curge prin celulă. În timpul ultimelor câtorva decenii, oamenii de ştiinţă au conceput moduri de a reprezenta imagistic această activitate marcând calciul cu molecule fosforescente. Acest lucru poate fi făcut în celule create în laborator sau în creierul animalelor vii, dar acest tip de imagistică microscopică poate penetra doar câteva zeci dintr-un milimetru în ţesut, limitând majoritatea studiilor la suprafaţa creierului.
”Se fac nişte lucruri extraordinare cu aceste instrumente, dar am vrut ceva ce ne-ar permite să ne uităm mai adânc la semnalizarea la nivel celular”, a mai precizat Jasanoff.
Pentru a realiza asta, echipa de la MIT a trecut la RMN, o tehnică non-invazivă ce funcţionează prin detectarea interacţiunilor magnetice între un agent de contrast injectat şi moleculele de apă dinăuntrul celulelor.
Mulţi oamenii de ştiinţă au lucrat la senzorii de calciu bazaţi pe RMN, dar obstacolul major a fost dezvoltarea unui agent de contrast care să poată penetra celulele cerebrale. Anul trecut, laboratorul lui Jasanoff a dezvoltat un senzor RMN ce poate măsura concentraţiile calciului extracelular, dar acestea s-au bazat pe nanoparticule ce sunt prea mari pentru a intra în celule.
Pentru a crea noi senzori de calciu intracelulari, cercetătorii au folosit blocuri de construcţie ce pot trece prin membrana celulelor. Agentul de contrast conţine mangan, un metal ce interacţionează slab cu câmpurile magnetice, legat de un compus organic ce poate penetra membranele celulare. Acest complex de asemenea conţine un braţ de legare a calciului numit chelator.
Odată intrat în celulă, dacă nivelurile de calciu sunt scăzute, chelatorul de calciu se leagă slab de atomul de mangan, izolând manganul de detectarea RMN. Atunci când calciul ajunge în celulă, chelatorul se leagă de calciu şi eliberează manganul, ce face să apară agentul de contrast mai luminos într-o imagine RMN.
”Când neuronii, sau alte celule cerebrale numite gliale devin stimulate, prezintă creşteri înzecite ale concentraţiei calciului. Senzorul nostru poate detecta acele schimbări”, a explicat Jasanoff.
Cercetătorii au testat senzorul pe şoarecii de laborator, injectându-l în nucleul striat, o regiune adâncă din creier ce este implicată în planificarea mişcării şi învăţarea unor noi comportamente. Apoi, au folosit ioni de potasiu pentru a stimula activitatea electrică în neuronii din nucleul striat şi au fost capabili să măsoare răspunsul calciului în acele celule.
Jasanoff speră să folosească această tehnică pentru a identifica mici grupuri de neuroni implicaţi în comportamente sau acţiuni specifice. Pentru că această metodă măsoară direct semnalizarea din celule, poate oferi informaţii mult mai precise în legătură cu locul şi timpul activităţii neuronale decât RMN-ul funcţional tradiţional, ce măsoară fluxul sanguin din creier.
”Asta ar putea fi folositor pentru a ne da seama cum funcţionează împreună diferite structuri din creier pentru a procesa stimuli sau pentru a coordona comportamente”, a spus el.
În plus, această tehnică ar putea fi folosită pentru imagistica calciului când efectuează multe alte roluri, cum ar fi facilitarea activităţii celulelor imune. Cu modificări ulterioare, ar putea într-o zi să fie folosită pentru a efectua imagistică pentru diagnosticarea creierului sau altor organe ale căror funcţii au la bază calciul, cum ar fi inima.
