Как заглянуть в мозг и увидеть структуры с разрешением всего в сотню микрометров? Исследователи из Центра биомедицинской визуализации Athinoula A. Martinos Массачусеттсткой клиники общего профиля смогли ответить на этот вопрос, использовав 7-тесловый магнитно-резонансный томограф, особую приемно-передающую катушку и умерший мозг. О подробностях эксперимента они рассказали в препринте, опубликованном в базе bioRxiv.
Полученные изображения.Credit: Andre van der Kouwe et al. 2019
Анатомию можно изучать не только по гистологическим срезам, но и при помощи магнитно-резонансной томографии с высоким разрешением. Для этих целей созданы магнитно-резонансные томографы с высокой напряженностью магнитного поля, и некоторые из них (7 Тесла) уже даже одобрены для клинической практики (правда, пока еще не в России).
Тем не менее хоть четкость изображений мозга живого человека и велика в таком аппарате, этого недостаточно для точнейших атласов, подобных гистологическим, поэтому исследователи пользуются технологией ex vivo, изучая части мертвого мозга. И американские ученые впервые провели подобные эксперимент с целым мозгом человека.
Для этого им пришлось создать специальную объемную приемно-передающую катушку с 31-канальной матрицей и напечатать на 3D-принтере прозрачный уретановый кейс для мозга. Предметом исследования стало содержимое черепной коробки 58-летней женщины, погибшей в отделении интенсивной терапии от вирусной пневмонии, но предварительно принявшей решение отдать свой мозг на научные исследования. Орган зафиксировали в формалине, где он пролежал 35 месяцев, а перед экспериментом перенесли в перфторполиэфир, понижающий артефакты магнитной восприимчивости.
Так выглядела катушка с кейсом для мозга и находящимся внутри органом. Credit: Andre van der Kouwe et al. 2019
Сканирование проходило в 7-тесловом МРТ и в общей сложности длилось около пяти суток (100 часов). Исследователи использовали протокол, содержащий импульсные последовательности FLASH с четырьмя углами поворота и дальнейшим синтезом в единую картину. Полученные изображения имели невероятно высокое разрешение в менее 100 микрометров. Сходной разрешающей способности раньше удавалось добиться только при сканировании небольших участков мозга
.
После реконструкции они создали несколько баз данных, куда поместили полученные тома. Авторы сообщили, что намерены делиться изображениями в научных и образовательных целях.
«Мы предполагаем широкий спектр исследовательских, образовательных и клинических применений для этого набора данных, которые могут улучшить понимание анатомии человеческого мозга в отношении здоровья и различных заболеваний», — отмечают они.
Текст: Анна Хоружая
7 Tesla MRI of the ex vivo human brain at 100 micron resolution by Brian L Edlow, Azma Mareyam, Andreas L Horn, Jonathan Polimeni, M Dylan Tisdall, Jean Augustinack, Jason P Stockman, Bram R Diamond, Allison Stevens, Lee S Tirrell, Rebecca D Folkerth, Lawrence L Wald, Bruce Fischl, Andre van der Kouwe. Published May 2019
doi: https://doi.org/10.1101/649822