MRI创新揭示了器官和组织中细胞的能量活动

为了生存，体内的每个细胞都要消耗大量的能量来维持水和必需电解质的平衡。俄勒冈健康与科学大学的研究人员已经开发出一种方法，可以使用磁共振成像(MRI)扫描来详细描绘人脑和其他器官中的这种活动。

这项被称为代谢活动扩散成像(madi)的创新为检测癌症和揭示癌症是否存在风险提供了新的可能性肿瘤对治疗有反应。在即将进行的临床试验中招募患有胶质瘤的受试者脑部肿瘤在美国，研究人员将把MADI与正电子发射断层扫描(PET)进行比较，PET使用注入放射性剂来创建细胞能量产生率的图像。

“MADI是一种新的方法来制作器官和组织代谢活动的图像高空间分辨率它的发明者、OHSU高级成像研究中心教授查尔斯·施普林格博士说。“原则上，这种方法几乎可以应用于任何病理。现在，我们正在把它推向癌症和神经科学的方向。”

在使用大鼠的动物模型中，OHSU的研究人员已经证明，MADI可以像PET一样有效地检测和监测脑肿瘤，但不需要注射任何种类的示踪剂或造影剂。

“它告诉我们更多关于细胞内离子运输的情况，水路运输因此，我们认为它在癌症和其他疾病中肯定是有用的，”OHSU高级成像研究中心副教授马丁·派克博士说，他领导着胶质瘤研究。

MADI还提供比PET更高分辨率的图像。施普林格说:“它可以消除肿瘤内的代谢活动区域。”“目前没有一种用于绘制代谢活动的临床方法具有测量除最大肿瘤外任何肿瘤内代谢变化所需的空间分辨率。”

医学博士Ramon Barajas是OHSU医学院放射诊断学副教授，正在参与胶质瘤研究，他指出，帮助弄清楚肿瘤的不同部分是如何工作的，这对诊断非常有用。

发现分子机制

MRI的工作原理是使用强大的磁场来创建极其详细的内部器官视图。磁场使水分子中的氢原子原子核与磁场成一直线。然后，核磁共振扫描仪以共振频率发出无线电波脉冲。作为回应，磁化的氢核重新发射无线电波，产生的信号被核磁共振扫描仪捕捉到，从而形成图像。

MADI建立在一种叫做扩散加权MRI的技术上，这种技术可以跟踪水分子在组织中的运动。自20世纪90年代以来，扩散加权MRI已广泛应用于医学，特别是用于脑成像以检测中风损伤和监测治疗。该技术提供快速和信息丰富的结果，而不需要注射造影剂。它也被证明对检测和研究肿瘤和其他疾病过程很有用。

但科学家们还没有完全理解控制水分子如何在组织中移动，并导致在扩散MRI中成为中风和肿瘤可见信号的变化的分子机制。

施普林格和他的同事们认为细胞膜通过积极控制水分子进出细胞的运动来发挥重要作用。他们的研究表明，水分子穿过细胞膜的概率很大程度上是由一种叫做钠钾泵的关键酶决定的。它们跨越细胞膜，把钠抽出来，把钾抽出来，这个过程也为水分子的运输提供了动力。

施普林格说:“通过了解水交换与泵活动有关，我们能够意识到，我们可以制作MRI图像来绘制钠-钾泵的活动。”

独立专家在一篇社论中称其为“令人信服的机械假设”，同时发表了两篇文章生物医学中的核磁共振．

第一次测量细胞能量

研究人员使用数学建模和计算机模拟来生成关于运动的信息水分子计算并绘制钠钾泵活性图。这种活动对活细胞至关重要，它可以作为一种衡量正在进行的活动速率的指标能源使用．

“这就像一个灯泡施普林格说:“它总是在燃烧，告诉你细胞通过分解糖、葡萄糖和其他营养物质产生了多少能量。”直到现在，还不可能测量生物的这种活动。

癌症极大地改变了细胞的能量使用，这在MADI使用an的研究中清晰可见动物模型神经胶质瘤脑瘤。派克说:“在动物身上，我们已经能够检测癌症，监测癌症，监测治疗以及PET。”“我们希望在人类身上也能证明这一点。”

神经放射学家巴拉哈斯警告说，还有很多科学工作要做。“我们真的必须验证这一点，并确保我们所做的从生物学上来说是正确的。”

他说，更详细、更准确的扫描方法将极大地造福脑肿瘤患者。他说:“如果我们做错了，停止了真正有效的治疗，我们就会把他们送到手术室，做不必要的手术。”“当我们弄错了，肿瘤在生长，而我们说没有，我们就会阻止病人尽快接受新的治疗。”

更快，更便宜，更容易获得成像

这项计划中的临床试验旨在招募大约12名患有胶质瘤脑瘤的成年人。他们的大脑将使用ohsu的PET/MRI混合扫描仪进行扫描，这是太平洋西北地区的第一个，将于2021年安装。混合扫描仪将有可能直接比较PET和MADI技术在人类受试者中的表现。

如果MADI被证明有效，它可能会给患者带来许多好处。这种手术是非侵入性的，比PET耗时更短，只需几分钟而不是几小时。它可能比PET更便宜，更广泛使用。

而且，MADI可以使用传统的MRI设备进行。

巴拉哈斯说:“PET成像是医疗标准，但在城市地区，患者获得PET成像的机会非常有限。”“我认为，将MADI作为另一种标准MRI序列的能力，将真正为更多不住在城市中心附近的患者打开这种成像的大门。”