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Les percées d'IRM incluent la surveillance sentante et sensible plus ultra-sensible de champ magnétique d'IRM sans labels chimiques ou radioactifs

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Contractions mécaniques de coeur enregistrées dans la machine d'IRM pendant la première fois ; espérez surveiller des neurotransmetteurs à 100 niveaux plus bas de périodes

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Les chercheurs suisses ont réussi aux changements de mesure des champs magnétiques forts avec la précision sans précédent, ils rapportent dans les communications de nature de journal d'ouvert-Access. La conclusion peut trouver l'utilisation répandue dans la médecine et d'autres secteurs.

Dans leurs expériences, les chercheurs à l'institut pour le génie biomédical, qui est actionné conjointement par ETH Zurich et l'université de Zurich, ont magnétisé une gouttelette d'eau à l'intérieur d'un scanner de résonance magnétique de la représentation (IRM), un dispositif utilisé pour l'imagerie médicale. Les chercheurs pouvaient détecter même les variations les plus minuscules de la force de champ magnétique dans la gouttelette. Ces changements étaient jusqu'à 10-12 fois (de 1 trillion) plus petits que l'intensité de champ du tesla 7 du scanner d'IRM utilisé dans l'expérience.

« Jusqu'ici, il était possible de mesurer seulement de telles petites variations des champs magnétiques faibles, » dit Klaas Prüssmann, professeur de Bioimaging à ETH Zurich et l'université de Zurich. Un exemple d'un champ magnétique faible est celui de la terre, où l'intensité de champ est juste quelque douzaine microtesla. Pour des champs de cette sorte, les méthodes extrêmement sensibles de mesure peuvent déjà détecter des variations environ d'un trillionième de l'intensité de champ, dit Prüssmann. « Maintenant, nous avons une méthode pareillement sensible pour les champs forts de plus d'un tesla, comme ceux utilisés… dans l'imagerie médicale. »

Les scientifiques ont basé la technique de détection selon le principe de résonance magnétique nucléaire (RMN), qui sert également de base à la représentation de résonance magnétique et aux méthodes spectroscopiques que les biologistes emploient pour élucider la structure 3D des molécules, mais avec une 1000 fois plus grande sensibilité que des méthodes RMN actuelles.

Enregistrements ultra-sensibles des contractions de coeur dans une machine d'IRM

Les scientifiques ont effectué une expérience dans laquelle ils ont placé leur capteur devant le coffre d'un sujet d'expérience volontaire à l'intérieur d'un scanner d'IRM. Ils pouvaient détecter les changements périodiques du champ magnétique, qui a palpité à temps avec le battement de coeur. La courbe de mesure est semblable à un électrocardiogramme (ECG), mais aux mesures un processus mécanique (la contraction du coeur) plutôt que la conduction électrique.

« Nous sommes en cours d'analyse et raffinant notre technique de mesure de magnétomètre en collaboration avec des cardiologues et des experts en matière de traitement des signaux, » dit Prüssmann. « Finalement, nous espérons que notre capteur pourra fournir des informations sur la maladie cardiaque — et faites tellement d'une façon non envahissante et en temps réel. »

La nouvelle technique de mesure pourrait également être employée dans le développement de nouveaux agents de contraste pour la représentation de résonance magnétique et la spectroscopie (RMN) de résonance magnétique nucléaire améliorée pour des applications dans la recherche biologique et chimique.

Une approche sans rayonnement aux molécules de représentation dans le cerveau

Dans un développement relatif, les scientifiques de MIT espérant obtenir un aperçu des molécules qui commandent l'activité cérébrale ont conçu un nouveau capteur qui leur permet à l'image ces molécules sans n'employer aucun label chimique ou radioactif (qui comporte à basse résolution et ne peut pas être facilement employé pour observer des événements dynamiques).

Les nouveaux capteurs se composent des enzymes ont appelé des protéases conçues pour détecter une cible particulière, qui les fait dilater des vaisseaux sanguins dans le secteur immédiat. Ceci produit un changement du flux sanguin qui peut être reflètent avec la représentation de résonance magnétique (IRM) ou toute autre représentation techniques.*

« C'est une idée qui nous permet de détecter les molécules qui sont dans le cerveau aux niveaux biologiquement bas, et de faire qu'avec ces agents de représentation ou agents de contraste qui peuvent finalement être employés chez l'homme, » indique Alan Jasanoff, un professeur de MIT de l'ingénierie biologique et le cerveau et les sciences cognitives. « Nous pouvons également les tourner en marche et en arrêt, et c'est vraiment principal à l'essai de détecter des processus dynamiques dans le cerveau. »

Neurotransmetteurs de surveillance à 100 niveaux plus bas de périodes

Dans un papier étant évident dans la question du 2 décembre des communications de nature d'ouvert-Access, Jasanoff et ses collègues expliquent qu'ils ont employé des protéases (a parfois employé comme biomarkers pour diagnostiquer les maladies telles que le cancer et la maladie d'Alzheimer) pour démontrer la validité de leur approche. Mais maintenant ils travaillent à adapter ces agents de représentation pour surveiller les neurotransmetteurs, telles que la dopamine et la sérotonine, qui sont critiques à la connaissance et des émotions de traitement.

« Ce qui nous voulons pouvoir faire est détecter les niveaux de la neurotransmetteur qui sont 100 fois inférieurs que ce que nous avons vu jusqu'ici. Nous voulons également pouvoir employer loin moins de ces agents moléculaires de représentation dans les organismes. C'est l'un des obstacles principaux à l'essai d'introduire cette approche dans des personnes, » Jasanoff dit.

« Beaucoup de comportements impliquent de tourner sur des gènes, et vous pourriez employer ce genre d'approche pour mesurer où et quand les gènes sont tournés dessus dans différentes parties du cerveau, » Jasanoff dit.

Son laboratoire travaille également sur des manières de livrer les peptides sans les injecter, qui exigeraient trouver une manière de les obtenir pour passer par la barrière hémato-encéphalique. Cette barrière sépare le cerveau du sang de circulation et empêche de grandes molécules d'entrer dans le cerveau.

Jeff Bulte, un professeur de la radiologie et de la science radiologique à l'École de Médecine de Johns Hopkins, a décrit la technique comme « originale et innovatrice, » tout en ajoutant que sa sécurité et effets physiologiques à long terme requerront plus d'étude.

« Il est intéressant qu'ils aient conçu un journaliste sans employer n'importe quel genre de sonde en métal ou d'agent de contraste, » dit Bulte, qui n'a pas été impliqué dans la recherche. « Un journaliste d'IRM qui travaille vraiment bien est le Saint Graal dans le domaine de la représentation moléculaire et cellulaire. »

La recherche a été financée par les instituts de la santé nationaux BRAIN Initiative, le MIT Simons Center pour le cerveau social, et camaraderies du Boehringer Ingelheim Fonds et les amis de l'institut de McGovern.

* pour faire leurs sondes, les chercheurs ont modifié un peptide naturel appelé le peptide lié au gène de calcitonine (CGRP), qui est en activité principalement pendant des migraines ou l'inflammation. Les chercheurs ont machiné les peptides de sorte qu'ils soient emprisonnés dans une cage de protéine qui les garde de l'interaction avec des vaisseaux sanguins. Quand les protéases de rencontre de peptides dans le cerveau, les protéases coupent les cages ouvertes et le CGRP fait dilater les vaisseaux sanguins voisins. La représentation cette dilatation avec l'IRM permet aux chercheurs de déterminer où les protéases ont été détectées.

Une autre demande possible de ce type de représentation est de machiner des cellules de sorte que le gène pour CGRP soit allumé pendant qu'un gène d'intérêt est allumé. De cette façon, scientifiques pourrait employer les changements causés par CGRP du flux sanguin pour dépister ce que les cellules expriment le gène de cible, qui pourrait les aider à déterminer les rôles de ces cellules et gènes dans différents comportements. L'équipe de Jasanoff a démontré la faisabilité de cette approche en prouvant que des cellules implantées exprimant CGRP pourraient être identifiées par la représentation.

Résumé du champ de résonance magnétique nucléaire dynamique sentant avec partie-par-trillion la résolution

aimants de Haut-champ jusqu'à des dizaines de teslas dans des applications à l'avance de résistance en physique, chimie et sciences de la vie. Cependant, le progrès en produisant de tels champs élevés n'a pas été assorti par des avances correspondantes dans la mesure de champ magnétique. Basé en grande partie sur la magnétométrie de résonance magnétique et dynamique nucléaire de haut-champ est actuellement limité aux résolutions dans la gamme de nanotesla. Ici nous rapportons une approche concertée impliquant l'électronique travaillée de matériaux, de magnétostatique et de détection pour augmenter la résolution de la détection de résonance magnétique nucléaire par trois ordres de grandeur. La sensibilité relative a ainsi réalisé des montants à 1 part par trillion (10−12). Pour exemplifier cette capacité nous démontrons la détection directe et relaxometry de la polarisation nucléaire et de l'enregistrement en temps réel des effets dynamiques de susceptibilité liés à la fonction humaine de coeur. La magnétométrie augmentée de haut-champ permettra généralement un regard frais aux phénomènes magnétiques qui échelle avec l'intensité de champ. Elle promet également de faciliter le développement et le fonctionnement des aimants de haut-champ.

Résumé de la représentation moléculaire avec la physiologie machinée

In vivo les techniques d'imagerie sont les outils puissants pour évaluer des systèmes biologiques. Le rapport des signaux d'image pour préciser des phénomènes moléculaires peut être, cependant, dû provocant aux limitations des mécanismes optiques, magnétiques et radioactifs existants de sonde de représentation. Ici nous démontrons un concept pour la représentation moléculaire qui dévie le besoin d'agents conventionnels de représentation en perturbant le contraste multimodal endogène fourni par la vascularisation. Les variantes du peptide lié au gène de calcitonine activent artificiellement des voies de vasodilation dans le cerveau de rat et induisent les changements de contraste qui sont aisément mesurés par la représentation optique et de résonance magnétique. les agents basés sur CGRP induisent des effets aux concentrations nanomolar dans le tissu profond et peuvent être machinés dans les formes analyte-dépendantes permutables et les journalistes génétiquement codés appropriés au cheminement moléculaire de représentation ou de cellules. De tels changements physiologiques artificiellement machinés fournissent, donc, des moyens fortement souples pour l'analyse sensible des événements moléculaires aux organismes vivants.