من الممكن "مراقبة" عملية التمثيل الغذائي للدماغ باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي

وذلك بحسب دراسة أجراها معهد وايزمان. إن التطبيق المستقبلي لهذه الطريقة سيسمح بإلقاء نظرة غير مسبوقة على ما يحدث في الدماغ والأعضاء الأخرى

العديد من المواد في أجسامنا تكون بتركيزات منخفضة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). وقد أظهر علماء معهد وايزمان للعلوم وشركاؤهم في البحث أن بعض هذه المواد يمكن "مراقبتها" بشكل غير مباشر من خلال مراقبة تفاعلاتها مع جزيئات الماء المحيطة بها عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي. إن تطبيق هذه الطريقة في المجالات المغناطيسية القوية للغاية قد يسمح بإلقاء نظرة غير مسبوقة على عملية التمثيل الغذائي في الدماغ والأعضاء الأخرى، مما قد يسمح بالكشف المبكر عن السرطان والأمراض التنكسية للجهاز العصبي وغيرها من الأمراض.

يتيح التصوير بالرنين المغناطيسي محاكاة الأنسجة الحية عن طريق وضعها في مجال مغناطيسي ثابت وقياس تردد تذبذب الذرات الموجودة في الأنسجة - عادةً ذرات الهيدروجين. من أجل زيادة حساسية التصوير بالرنين المغناطيسي وتمكين اكتشاف التركيزات المنخفضة من المركبات الكيميائية الأساسية المعروفة باسم المستقلبات، حاول العلماء استخدام، من بين أمور أخرى، طريقة تسمى CEST (نقل تشبع التبادل الكيميائي)، والتي تعتمد على تتبع الهيدروجين السائب الذرات القادرة على قطع روابطها مع جزيئتها الأصلية وإنشاء روابط مع جزيئات الماء المحيطة بها. تحدث مثل هذه التبادلات بشكل مستمر في الجسم بمعدل عدة آلاف في الثانية. وبما أن جسمنا يحتوي على ماء أكثر بكثير من المستقلبات، فإن تتبع الروابط الجديدة التي يتم إنشاؤها نتيجة لهذه التبادلات قد ينتج "توقيعات" رنين مغناطيسي أقوى بكثير من اختبار التصوير بالرنين المغناطيسي العادي، مما يشير إلى وجود مستقلبات منخفضة التركيز.

وفي العصر الذي ستتوفر فيه مغناطيسات أكثر قوة للاستخدام في البشر، قد نكون قادرين على استخدام CEST للكشف المبكر عن أورام المخ."

في الماضي، عندما حاول العلماء استخدام CEST في أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي 3 تسلا، الشائعة في المستشفيات والعيادات، كانت فعالية الطريقة محدودة. وفي الدراسة الجديدة التي نشرت مؤخرا في المجلة العلمية NMR في الطب الحيوي وظهرت على غلاف المجلة، أظهر العلماء أن الطريقة تعمل بشكل أفضل بكثير في المجالات المغناطيسية الأقوى. ولفحص المجالات المغناطيسية القوية، تعاون البروفيسور لوسيو فريدمان وباحث ما بعد الدكتوراه تانجي راسل من قسم الفيزياء الكيميائية والبيولوجية في معهد صامويل غرانت مع الدكتور جينس روزنبرغ من المختبر الوطني للمجالات المغناطيسية القوية في تالاهاسي، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية. حيث يعمل أقوى مغناطيس للرنين المغناطيسي في العالم – بقوة 21 تسلا. وبمساعدة هذا المغناطيس، المخصص حاليا للأبحاث على الحيوانات فقط، اكتشف العلماء أن كل زيادة في قوة المجال المغناطيسي تترجم إلى زيادة مربعة في "التوقيعات" التي يتم الحصول عليها من خلال CEST؛ على سبيل المثال، مضاعفة الحقل تضاعف التوقيعات أربع مرات.

وأظهر العلماء أنه بهذه الشدة، تكشف الطريقة بشكل فعال عن التغيرات الأيضية في دماغ الفئران، والتي تشير إلى وجود ورم سرطاني من نوع الورم الأرومي الدبقي. كما أتاحت هذه الطريقة أيضًا التمييز بين الأضرار التي لحقت بسلامة أنسجة المخ بعد الورم؛ لا يؤدي الورم الأرومي الدبقي إلى تدمير الأنسجة على الفور، ولكنه يجعلها "أكثر مائيًا" من المعتاد. التغييرات من هذا النوع تكاد تكون غير مرئية في التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدي، ولكن تم ملاحظتها بوضوح مع CEST.

في العصر الذي ستتوفر فيه مغناطيسات أكثر قوة للاستخدام في البشر، قد نكون قادرين على استخدام CEST للكشف المبكر عن أورام المخ. وفي دراسات متابعة، يخطط العلماء لاستخدام مغناطيسين قويين تم تركيبهما مؤخرًا في المعهد - جهاز تصوير بالرنين المغناطيسي بقوة 7 تسلا معتمد للاستخدام على البشر، وقوة 15.2 تسلا لأبحاث الحيوانات - لدراسة أخرى أنواع السرطان وتمكن من الكشف المبكر عن السرطان في مراحل حيث لا يمكن اكتشافه في المستقبل من خلال التصوير بالرنين المغناطيسي العادي. يمكن أيضًا استخدام اختبار CEST للكشف عن أمراض أخرى وتشخيصها، بما في ذلك الأمراض التنكسية العصبية في الجهاز العصبي.

والمجال المغناطيسي الذي تم إجراء البحث فيه أقوى بـ 600,000 ألف مرة من المجال المغناطيسي للأرض، والذي تبلغ قوته 0.000035 تسلا.