ciencia | El cerebro como nunca antes lo habías visto

Ver el flujo sanguíneo en el cerebro en una escala microscópica, para facilitar el diagnóstico de algunas enfermedades: como un nuevo método de imágenes por ultrasonido, este año se probó por primera vez en humanos.


Chloe Burkin

Chloe Burkin
Periodismo

Miles de burbujas para visualizar el cerebro

Foto cedida por el Laboratorio de Medicina Física de ESPCI Paris

Las burbujas son seguidas una por una por imágenes de ultrasonido, para reconstruir un mapa muy detallado del flujo sanguíneo en el cerebro. Los colores varían según la velocidad de la sangre: el azul oscuro corresponde a velocidades muy lentas (cerca de 0 mm / seg), verde y amarillo a velocidades medias (cerca de 100-150 mm / seg) y rojo a velocidades altas (aproximadamente 250 mm / seg) segundo). Como en el río, notamos a la izquierda que la “corriente” es más fuerte en el centro que en el borde del barco.

Esta técnica se basa en inyectar burbujas muy pequeñas, que los médicos ya utilizan hoy en día para ver mejor la sangre en una ecografía cardíaca. Estas burbujas, transportadas por el flujo sanguíneo, circulan por todo el cuerpo durante unos diez minutos. Mientras tanto, una máquina de ultrasonido registra miles de imágenes del cerebro por segundo, al igual que una cámara toma una serie de disparos consecutivos. Luego, se realizan cálculos robustos para identificar y seguir cada burbuja de una imagen a otra, a lo largo de los vasos sanguíneos. Al final del día, todas estas burbujas combinadas forman un mapa muy detallado del flujo sanguíneo en el cerebro. Este método mediante ultrasonido permite identificar burbujas, visualizar vasos sanguíneos a escala microscópica: de ahí su nombre, microscopía de ultrasonido.

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Mejor visión, mejor comprensión, mejor diagnóstico.

À partir de ce type de carte, il sera peut-être possible de détecter des écoulements anormaux du sang, et de les relier au développement de certaines maladies cérébrales. « C’est un peu comme inspecter la plomberie du cerveau à de nouvelles échelles : on va pouvoir repérer des problèmes de malformations […], Problemas relacionados con los accidentes vasculares cerebrales (ACV) … ”, detalla Charlie Demini, profesor e investigador del Laboratorio de Medicina de Física de ESPCI Paris.

Foto de David Keeling, Forney Bar Megan O’Reilly

Megan O’Reilly es investigadora del Sunnybrook Health Sciences Centre de la Universidad de Toronto.

Aquí existe un gran potencial para comprender mejor las enfermedades, para diagnosticarlas mejor, pero también para identificar nuevos mecanismos y adquirir nuevos conocimientos en nuestra comprensión del cerebro.

Megan O’Reilly es investigadora del Sunnybrook Health Sciences Centre de la Universidad de Toronto.

primero en humanos

Al igual que con el ultrasonido estándar, este método no requiere cirugía ni radiación, y es portátil y económico. También es muy reciente: el método de localización de burbujas está inspirado en la tecnología de microscopía de fluorescencia de alta resolución, desarrollada a principios de la década de 2000 por Eric Petzig, Stefan W. Hill y William E. Muirner. Estos últimos fueron premiados por su trabajo con el Premio Nobel de Química en 2014. La aplicación de este método a la ecografía fue presentada en un artículo que escribió. naturaleza temperamental Un año después, en 2015. Desde entonces, ha despertado un gran interés en el campo de la investigación de imágenes por ultrasonido. Por primera vez, los resultados se obtuvieron en tres personas y se publicaron en un artículo publicado en marzo de 2021 en La naturaleza de la ingeniería biomédica, del cual Charlie Demini fue el primer autor.

Foto de Benjamin Bocas, enviada por Charlie Demini

Charlie Demini, profesor e investigador del Laboratorio de Física de Medicina de ESPCI Paris

Aplicar este método a los humanos es una verdadera hazaña, según Megan O’Reilly, investigadora del Centro de Ciencias de la Salud Sunnybrook de la Universidad de Toronto y coautora de un artículo sobre microscopía de ultrasonido. Las imágenes por ultrasonido se basan en la capacidad de las ondas de ultrasonido para atravesar los tejidos (vasos, músculos, grasa, etc.) para crear una imagen de ellos. Pero los huesos siguen siendo una barrera difícil de cruzar: “Hacer esto a través del cráneo humano no es trivial. El cráneo se debilita y distorsiona el ultrasonido a medida que lo atraviesa”, explica.

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Algunos desafíos aún deben superarse

Antes de ver este método que los médicos usan a diario, “todavía quedan algunos desafíos por enfrentar”, agrega Megan O’Reilly.

Debido al grosor del cráneo, las imágenes se tomaron donde el hueso es más delgado, es decir, a través del hueso temporal. “Solo podemos acceder a una parte del cerebro”, explica Charlie Demini. “Todavía queda mucho por hacer para evitar los huesos gruesos y llegar directamente al cerebro. También señala en su artículo que, a la larga, este método podría permitir crear una imagen 3D muy detallada del conjunto cerebro, abriendo así nuevos horizontes.

También se puede mejorar el tiempo de procesamiento de imágenes. Para crear un mapa muy detallado, las burbujas deben tener tiempo para navegar por todos los vasos sanguíneos, especialmente los diminutos: cuanto más esperes y tomes una gran cantidad de fotos, más detallado será el mapa final. Ahora, ‘por segundo [d’images enregistrées]”Se necesitan unos tres minutos de tratamiento”, dice Megan O’Reilly. Para imágenes de 45 segundos, como en el artículo, el médico debe esperar más de dos horas antes de obtener un mapa detallado del cerebro del paciente.

Foto cedida por el Laboratorio de Medicina Física de ESPCI Paris

Una imagen del flujo sanguíneo cerebral producida por el equipo de Charlie DeMini: vemos vasos grandes (en amarillo, en el medio), pero también vasos delgados (en rojo). La imagen mide unos 10 cm de ancho. Los colores varían de amarillo a rojo, dependiendo de la cantidad de burbujas que hayan pasado por el recipiente.

Este método facilitará el diagnóstico de pacientes con enfermedades cerebrales, pero también será necesario encontrar tratamientos para atender a estas personas. Por ejemplo, en el caso de la enfermedad de Alzheimer, “hay cosas que suceden a nivel microvascular. [c’est-à-dire au niveau des petits vaisseaux sanguins dans le cerveau]En cuanto a la progresión de esta enfermedad, “confirma Charlie DeMini. Pero aún no se ha encontrado ningún tratamiento que cure o ralentice su progresión”. En el mundo de la imagen, es complicado porque solo estamos trabajando en el lado del diagnóstico, no en el lado curativo. […] Estamos construyendo nuestros propios ladrillos y tenemos que vernos a nosotros mismos como parte del grupo, dice. “Al dar pequeños pasos uno por uno, podremos cuidar mejor a los pacientes”.

Chloé Bourquin, autora del artículo y periodista en prácticas en Periodismoen Ingeniería Biomédica en Polytechnique Montréal en el Laboratorio de Ultrasonido de Jean Provost. En su investigación, utiliza un tipo diferente de microscopía de posicionamiento por ultrasonido para monitorear el pulso sanguíneo durante el ciclo cardíaco en los vasos sanguíneos pequeños. En última instancia, esto puede ayudar a detectar los primeros signos de enfermedades neurodegenerativas como la demencia.

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