Новый метод МРТ для картирования уровня креатина в сердце с более высоким разрешением может помочь клиницистам и ученым находить аномалии и расстройства раньше, чем традиционные методы диагностики, считают исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании в новом исследовании, опубликованном сегодня в Интернете в журнале Nature. Медицина. Доклинические результаты показывают преимущество перед менее чувствительными тестами и указывают на более безопасный и экономичный подход, чем методы с радиоактивными или контрастными веществами.
Креатин – это естественный метаболит, который помогает снабжать энергией все клетки посредством реакции креатинкиназы, включая те, которые участвуют в сокращении сердца. Когда ткань сердца повреждается из-за потери кровоснабжения, даже на самых ранних стадиях, уровень креатина падает. Исследователи использовали этот процесс на большой модели животных с помощью метода, известного как CEST, или перенос насыщения химического обмена, который измеряет конкретные молекулы в организме, чтобы отслеживать креатин на региональной основе.
Команда, возглавляемая Равиндером Редди, доктором наук, профессором радиологии и директором Центра магнитно-резонансной и оптической визуализации в Penn Medicine, обнаружила, что визуализация креатина с помощью CEST MRI обеспечивает более высокое разрешение по сравнению со стандартной магнитно-резонансной спектроскопией (MRS), обычно использованный метод измерения креатина. Однако его плохое разрешение затрудняет точное определение того, какие области сердца были скомпрометированы.
"Измерение креатина с помощью CEST – многообещающий метод, который может улучшить процесс принятия клинических решений при лечении пациентов с сердечными и даже другими заболеваниями, а также в более раннем выявлении проблем," сказал Редди. "Помимо преимуществ в чувствительности и преимущества перед MRS, CEST не требует использования радиоактивных или контрастных агентов в МРТ, которые могут иметь неблагоприятные последствия для пациентов, особенно с заболеванием почек, и увеличивать затраты."
Сегодня стресс-тесты на основе магнитно-резонансной томографии (МРТ) также используются для выявления мертвой ткани сердца, что является предупреждающим признаком будущих проблем (например, ишемической болезни сердца), но их охват ограничен. По словам Редди, МРТ часто сочетается с контрастными веществами, чтобы помочь осветить проблемные области, но она часто недостаточно чувствительна, чтобы обнаружить ишемические (но еще не инфарктные) области с нарушенным метаболизмом.
"После сердечного приступа разные области сердца повреждаются с разной скоростью. Этот новый метод позволит нам очень точно изучить региональные изменения, которые происходят в сердце после сердечных приступов, что позволит нам выявлять и лечить пациентов с риском развития сердечной недостаточности до появления симптомов," сказал соавтор исследования Роберт С. Горман, доктор медицины, профессор хирургии и директор кардиохирургических исследований в Penn Medicine.
Чтобы продемонстрировать способность CEST выявлять сердечные заболевания, исследователи применили метод креатина CEST в МРТ-сканере здорового и инфаркта миокарда (мышечной ткани сердца) у крупных животных. При этом ядерная намагниченность протонов креатина амина (NH2) насыщается радиочастотным импульсом от МРТ. После обмена с водой степень насыщения наблюдается по мере того, как сигнал воды падает, и, таким образом, становится очевидной концентрация креатина. (В организме креатин превращается в креатинин, который можно измерить с помощью анализов крови и мочи, и он является важным инструментом для оценки функции почек.)
Команда показала, что метод креатина CEST может отображать изменения уровня креатина и точно определять области инфаркта в ткани сердечной мышцы, точно так же, как методы MRS. Однако они обнаружили, что CEST имеет на два порядка более высокую чувствительность, чем MRS. Авторы говорят, что это преимущество может помочь выявить меньшие поврежденные участки в сердце, пропущенные традиционными методами.
Кроме того, команда использовала CEST для отображения увеличения креатина с течением времени путем визуализации людей, когда они сгибали икры, находясь внутри сканера МРТ, чтобы продемонстрировать способность технологии правильно отслеживать молекулу.
Этот метод также можно использовать для исследования изменений нормальной функции сердца, которые также наблюдаются при многих других типах неишемической болезни сердца, таких как аномальная гипертрофия сердца, а также нарушениях в головном мозге, – сказал Редди.
"Хотя уровень креатина намного ниже, чем в сердце, уровень креатина изменяется в мозге при возникновении аномалий," сказал Редди. "Учитывая повышенную разрешающую способность этого метода, это дает возможность изучать заболевания головного мозга с нарушенным метаболизмом креатина без использования контрастных веществ."
CEST использовался для визуализации pH ткани, картирования белков и специфической экспрессии генов, но, насколько известно авторам, это первый раз, когда он был использован для изучения сердечной ткани.
"Возможность визуализировать жизнеспособность сердечной мышцы с высоким разрешением без радиационного воздействия или введения контрастного вещества является значительным достижением. Это может позволить врачам обнаруживать небольшие участки поврежденной ткани сердца на ранней стадии заболевания, когда лечение, скорее всего, будет эффективным," сказала Кристина Лю, доктор философии, которая курирует финансирование исследований молекулярной визуализации Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB), входящим в состав Национальных институтов здравоохранения.