Uma nova técnica de imagem cerebral

Direções das fibras nervosas codificadas por cores na seção do cérebro obtidas a partir de imagens ópticas de dispersão (SLI, esquerda) e dispersão de raios-X de pequeno ângulo (SAXS, direita). Crédito: TU Delft

A imagem de luz dispersiva (SLI) fornece um método econômico e de alta resolução para mapear conexões neurais no cérebro. Essa técnica, que envolve a análise de padrões de dispersão de luz em fatias finas do cérebro, fornece resultados mais detalhados do que os métodos atuais, como dMRI, e é mais acessível e mais rápido que o SAXS.

Desembaraçando a complexa rede de fibras nervosas do cérebro torna-se acessível com imagens ópticas de dispersão (SLI): pesquisadores de Delft e Julich (Alemanha) e Stanford (EUA) combinaram com sucesso a dispersão de luz de raios-X com ressonância magnética para caracterizar os caminhos das fibras nervosas, bem como como em áreas com fibras altamente entrelaçadas. O SLI revelou faixas nos mínimos detalhes, embora seja muito mais rápido e barato do que as técnicas de raios-X e ressonância magnética. Este mapeamento detalhado é essencial para uma melhor compreensão de como as fibras nervosas estão conectadas dentro do cérebro.

caminhos no cérebro

Diferentes regiões do cérebro estão conectadas umas às outras por bilhões de fibras nervosas. Essas conexões são essenciais para o bom funcionamento do cérebro. A busca por um mapa abrangente de todas as conexões nervosas depende fundamentalmente de técnicas de imagem que possam desvendar essas fibras, a maioria das quais com apenas um micrômetro de espessura. Áreas com fibras nervosas muito densas e entrelaçadas apresentam um desafio particular. Miriam Menzel, professora assistente do Departamento de Física de Imagens da TU Delft, desenvolveu a técnica SLI para estudar essas constelações de fibrilas: “Nós projetamos a luz sob diferentes ângulos através de fatias de cérebro da espessura de um fio de cabelo e analisamos os padrões de dispersão resultantes. uma imagem de neurônios ou sinapses. Queremos saber como eles estão conectados. Isso é importante para entender a função e a disfunção do cérebro.”

Mais acessível, mais barato e mais rápido

A dispersão de raios-X de pequeno ângulo (SAXS) é um método bem estabelecido na ciência dos materiais para observar como diferentes estruturas são organizadas usando o síncrotron, enquanto a ressonância magnética de difusão (dMRI) é uma técnica importante em clínicas para visualizar os três rede de fibras nervosas dimensional no cérebro. “Agora mostramos que os dados do SLI são consistentes com os do SAXS e do dMRI nas fatias cerebrais examinadas, mas o SLI fornece maior resolução do que o dMRI e é mais acessível, mais barato e mais rápido do que outras técnicas. Este é um marco importante”, diz Menzel: Podemos realizar medições SLI com uma simples fonte de luz LED e câmera em apenas alguns segundos, e isso não requer um milhão de scanners síncrotrons nem um scanner de ressonância magnética. Como um sistema portátil, pode ser facilmente colocado em laboratórios de patologia para auxiliar na pesquisa clínica.”

resolução microscópica

Menzel passou os últimos anos trabalhando na tecnologia SLI, primeiro em Jülich e agora em Delft. Ela também o realizou em Stanford, onde seus colegas pesquisadores realizaram medições SAXS e dMRI em amostras cerebrais que também foram fotografadas usando SLI. “A maioria das técnicas de imagem luta para distinguir caminhos individuais em estruturas cerebrais densas que contêm muitas fibras nervosas entrelaçadas ou emaranhadas”, explica Menzel. “O SLI forneceu mapas de orientação de fibra em resolução microscópica nessas regiões densas.” Particularmente, as direções das fibras 2D (“internas”) foram caracterizadas em alta resolução.

próximos passos

“Estar em Delft oferece oportunidades empolgantes para desenvolver ainda mais a tecnologia e trabalhar em novas aplicações”, diz Menzel. A equipe também planeja aplicar o SLI em outros tipos de fibras, como fibras musculares e de colágeno, e ampliar a área de tecido que pode ser estudada. O objetivo é desenvolver um sistema pequeno e portátil que possa ser facilmente implantado em outros laboratórios. “A longo prazo, esperamos implementar essa tecnologia também nas clínicas”.

Referência: “Using Light Scattering and X-Rays to Untangle Complex Neural Directions and Validate Diffusion MRI” Por Miriam Menzel, David Grisel, Ivan Rajkovic, Michael M. Zenh, Marius Georgiadis 11 de maio de 2023, disponível aqui. eLife.
DOI: 10.7554/eLife.84024