В магнитно-резонансной томографии (МРТ) контрастные вещества используются для улучшения изображения тканевых структур. Хотя они усиливают сигналы в кровеносных сосудах и в промежутках между клетками, они не достигают внутренней части клетки. Напротив, глюкоза поглощается, а затем расщепляется в клетках организма. Опухолевые клетки особенно жаждут глюкозы, чтобы удовлетворить свои высокие потребности в энергии. Таким образом, наблюдая за активностью метаболизма глюкозы, можно идентифицировать солидные опухоли или очень агрессивно растущие опухолевые области. Радиологи и физики из Немецкого центра исследования рака (Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ) в Гейдельберге теперь преуспели в использовании этого нового типа визуализации.
Обычная МРТ основана на измерении сигналов от протонов в воде. Поскольку более 60 процентов нашего тела состоит из воды, это дает четкую картину. Глюкоза в нашем организме находится на гораздо более низком уровне. Чтобы сделать его видимым, исследователи DKFZ поэтому используют сканер сверхвысокого поля с силой магнитного поля 7 тесла и специальный метод для четкого и избирательного усиления сигнала глюкозы. Это позволяет получить сигнал достаточной мощности для визуализации изменений уровня глюкозы в ткани мозга после инъекции раствора глюкозы.
Физический принцип, лежащий в основе этого метода, называется эффектом передачи намагниченности. Хотя этот эффект известен уже несколько десятилетий, до сих пор было невозможно использовать его для визуализации глюкозы у людей. При передаче намагниченности сигнал от протонов глюкозы передается в воду организма, что измеряется с помощью МРТ. Эффект пропорционален локальному уровню глюкозы, что отражает региональные изменения уровня глюкозы. Количество глюкозы, необходимое для измерения уровня глюкозы, соответствует примерно пяти кубикам сахара.
В настоящей работе физик Патрик Шуенке и врач и физик Даниэль Пэк смогли наблюдать изменения сигналов глюкозы в здоровых областях мозга, а также патогенные изменения при раке головного мозга человека.
На протяжении десятилетий ученые использовали другой метод измерения, называемый позитронно-эмиссионной томографией (ПЭТ), для визуализации повышенного поглощения глюкозы опухолями. Однако для этого метода требуются радиоактивно меченные молекулы глюкозы. "Наша МРТ глюкозы не требует какой-либо радиоактивности и, следовательно, не требует какого-либо радиационного воздействия на пациента," сказал Paech, который является первым автором публикации.
Проект МРТ глюкозы является результатом сотрудничества ученых DKFZ из групп под руководством Питера Бахерта, Марка Лэдда и Хайнца-Петера Шлеммера. Исследователи отметили, что некоторые вопросы о новом методе измерения еще предстоит решить. "Мы пока не знаем, как доли измеренной глюкозы распределяются между сосудами и внеклеточными пространствами, с одной стороны, и внутри клетки, с другой," сказал радиолог Хайнц-Петер Шлеммер. "Если мы сможем подтвердить, что значительный уровень сигнала исходит от глюкозы внутри клетки, это будет важной дополнительной информацией для визуализации опухоли и функциональной МРТ. Это может улучшить планирование и мониторинг терапии."