MRI sodu
Sodium MRI (znany również jako 23 Na -MRI) to specjalistyczna technika obrazowania metodą rezonansu magnetycznego , która wykorzystuje silne pola magnetyczne , gradienty pola magnetycznego i fale radiowe do generowania obrazów rozkładu sodu w organizmie, w przeciwieństwie do bardziej powszechnych form MRI wykorzystujące protony (lub wodór) obecne w wodzie ( 1H -MRI). Podobnie jak proton, sód naturalnie występuje w organizmie, więc można go obrazować bezpośrednio, bez potrzeby stosowania środków kontrastowych lub hiperpolaryzacja . Ponadto jony sodu odgrywają rolę w ważnych procesach biologicznych poprzez swój wkład w stężenie i gradienty elektrochemiczne w błonach komórkowych , co czyni je interesującymi jako cel obrazowania w zdrowiu i chorobie.
W przeciwieństwie do konwencjonalnego MRI protonu, sodowy MRI jest skomplikowany ze względu na niskie stężenie jąder Na w stosunku do stężenia cząsteczek H 2 O w tkankach biologicznych (10-45 mM) oraz niższy współczynnik żyromagnetyczny jądra 23 Na w porównaniu z jądro 1H ,. Powoduje to niską NMR i wymaga silniejszego pola magnetycznego dla równoważnej rozdzielczości przestrzennej . Kwadrupolarne 23 Na ma również szybszą relaksację poprzeczną szybkości i wiele koherencji kwantowych w porównaniu z jądrem 1H , co wymaga wyspecjalizowanych i wysokowydajnych sekwencji MRI do przechwytywania informacji, zanim kontrast użyty do obrazowania ciała zostanie utracony.
Znaczenie biologiczne
Stężenie sodu w tkankach (TSC) jest ściśle regulowane przez zdrowe komórki i zmienia się pod wpływem stanu energetycznego i integralności komórkowej, co czyni je skutecznym markerem stanów chorobowych. Komórki utrzymują niskie wewnątrzkomórkowe stężenie Na + poprzez aktywne wypompowywanie jonów Na przez kanał Na + /K + ATPaza, a każde wyzwanie dla metabolizmu komórki powodujące niskie dostarczanie ATP lub naruszenie integralności błony komórkowej drastycznie zwiększy wewnątrzkomórkowe stężenia Na + . Na przykład po wyczerpujących ćwiczeniach 23 Na MRI może wykryć Na + poziom w tkankach gwałtownie wzrasta, a nawet może wizualizować posiłek bogaty w sód w żołądku pacjenta. W szczególności nowotwory złośliwe drastycznie zmieniają swój metabolizm, często w celu wyjaśnienia warunków niedotlenienia wewnątrz guza, co prowadzi do obniżenia cytozolowego pH. Aby to zrekompensować, jony Na + z przestrzeni zewnątrzkomórkowej są wymieniane na protony w antyporcie Na + /H + , którego utrata często osłabia wzrost nowotworu. Dlatego 23 Na MRI jest użytecznym narzędziem klinicznym do wykrywania wielu stanów chorobowych, w tym chorób serca i nowotworów, a także do monitorowania terapii. Na przykład wykazano, że 23 Na MRI mierzy komórkowość w raku jajnika. Uszkodzenie tkanek u pacjentów z udarem mózgu można również ocenić za pomocą 23 Na MRI, z jednym badaniem pokazującym, że zmiana TSC o 50% wyższa niż TSC w zdrowej tkance mózgowej jest zgodna z całkowitym zawałem, a zatem może być wykorzystana do określenia żywotności tkanki i opcji leczenia pacjenta. Złośliwość nowotworu można również ocenić na podstawie wzrostu TSC szybko proliferujących komórek. Nowotwory złośliwe mają około 50-60% wzrost TSC w stosunku do zdrowych tkanek – jednak nie można stwierdzić, że wzrost TSC jest spowodowany zmianami objętości pozakomórkowej, zawartości sodu wewnątrz komórki lub neowaskularyzacją. Kolejne ciekawe zastosowanie 23 Na MRI ocenia stwardnienie rozsiane, w którym nagromadzenie sodu w aksonach może prowadzić do degeneracji aksonów. Wstępne badania wykazały, że istnieje dodatnia korelacja między podwyższonym TSC a niepełnosprawnością.
Zastosowania w raku prostaty
Ostatnio podjęto prace mające na celu ocenę przydatności wykorzystania sodowego rezonansu magnetycznego do charakteryzowania zmian raka prostaty u mężczyzn. W tym badaniu pacjentów obrazowano za pomocą sodowego rezonansu magnetycznego przed chirurgicznym usunięciem prostaty. TSC wyodrębniono z obrazów i porównano z wynikiem Gleasona zobrazowanych zmian. Ta praca wykazała statystycznie istotny wzrost TSC w miarę wzrostu agresji raka prostaty. To wstępne badanie sugeruje, że MRI sodu może dokładnie scharakteryzować stadium raka prostaty. Sugeruje to potencjalne zastosowanie MRI sodu w celu lepszego zarządzania i włączania pacjentów z rakiem prostaty w schematy leczenia.
Zalety
23 Na MRI mierzy tempo metabolizmu komórkowego , a także związane z chorobą zmiany w tkankach i narządach. Poprawił się z 45 minut do zaledwie 15 minut przy 1,5 T. W przeciwieństwie do innych skanów MRI, MRI sodu wychwytuje tylko sygnały sodowe wewnątrz ciał. W przypadku zwyrodnienia chrząstki proteoglikan rozkłada się z ładunkiem ujemnym, a dodatnio naładowany jon sodu wiąże się z proteoglikanem. Zarówno poziom proteoglikanów, jak i sodu spada, więc MRI sodu obserwuje mniej sygnałów. 23 Na MRI jest bardzo czuły i specyficzny dla zmian proteoglikanów, dlatego dobrze jest go używać do monitorowania degeneracji proteoglikanów w chrząstce.