Resonancia magnética superpotente unida a microscopía de hoja de luz proporciona imágenes cerebrales 64 millones de veces más nítidas

La tecnología de resonancia magnética se utiliza para visualizar tejidos blandos ricos en agua que son difíciles de visualizar con rayos X. Aunque la resonancia magnética convencional puede detectar tumores cerebrales, se requiere una resolución más alta para observar los detalles microscópicos dentro del cerebro que revelan su organización. En un logro innovador que coincide con el 50 aniversario de la primera resonancia magnética, los investigadores ahora han mejorado significativamente la resolución de la resonancia magnética,resultando en las imágenes más claras jamás capturadas del cerebro de un ratón.

En esfuerzos de investigación de décadas dirigidos por la Universidad de Duke (Durham, NC, EUA), los investigadores produjeron escaneos del cerebro de un ratón que son sustancialmente más claros que los de una resonancia magnética clínica humana estándar, comparable a la transición de gráficos pixelados de 8 bits a el detalle hiperrealista de una pintura de Chuck Close. Un solo vóxel en estas nuevas imágenes, que se puede considerar como un píxel cúbico, tiene un tamaño de solo 5 micrones, 64 millones de veces más pequeño que un vóxel de resonancia magnética clínica. Si bien la investigación se centró en ratones en lugar de humanos, la resonancia magnética mejorada ofrece un método innovador para visualizar la conectividad de todo el cerebro con una resolución incomparable. Los investigadores creen que los conocimientos obtenidos de las imágenes de ratones contribuirán en última instancia a una mejor comprensión de las condiciones humanas, como los cambios cerebrales relacionados con la edad, los impactos en la dieta o las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

Imagen: La tecnología de resonancia magnética revela todo el cerebro del ratón en la resolución más alta (Fotografía cortesía de la Universidad de Duke)

Este logro innovador es el resultado de casi 40 años de investigación. Durante estas décadas, los investigadores han refinado numerosos elementos que, cuando se combinan, permiten la revolucionaria resolución de las imágenes de RM. Los componentes clave incluyen un imán increíblemente potente (9,4 Tesla, en comparación con 1,5 a 3 Tesla en la mayoría de las resonancias magnéticas clínicas), un conjunto de bobinas de gradiente 100 veces más fuertes que las de las resonancias magnéticas clínicas para generar imágenes cerebrales y una computadora de alto rendimiento con potencia de procesamiento de casi 800 computadoras portátiles trabajando simultáneamente para obtener imágenes de un solo cerebro. Después de escanear exhaustivamente el tejido, se obtienen imágenes mediante microscopía de hoja de luz, una técnica complementaria que permite etiquetar grupos específicos de células en todo el cerebro, como las relacionadas con la progresión de la enfermedad de Parkinson.

Los investigadores mapean las imágenes de la hoja de luz, que ofrecen una vista muy precisa de las células cerebrales, en la resonancia magnética original, conocida por su precisión anatómica y visualización detallada de células y circuitos en todo el cerebro. Esta combinación de imágenes de datos de todo el cerebro permite a los científicos explorar las complejidades microscópicas del cerebro de una forma sin precedentes. Un conjunto de imágenes de resonancia magnética revela cómo la conectividad de todo el cerebro se altera con el envejecimiento en ratones y cómo regiones específicas, como el subículo relacionado con la memoria, cambian más que otras partes del cerebro. Otro conjunto de imágenes muestra un espectro de conexiones cerebrales que enfatizan el deterioro significativo de las redes neuronales en un modelo de ratón con la enfermedad de Alzheimer. Al transformar la resonancia magnética en un microscopio aún más poderoso, los investigadores esperan comprender mejor los modelos de ratón para enfermedades humanas, incluidas la enfermedad de Huntington, la enfermedad de Alzheimer y otras. Este conocimiento debería conducir en última instancia a una comprensión más profunda de cómo funcionan o  como no funcionan procesos similares en los seres humanos.

“Es algo que realmente está permitiendo. Podemos comenzar a mirar las enfermedades neurodegenerativas de una manera completamente diferente”, dijo G. Allan Johnson, Ph.D., autor principal del nuevo artículo y profesor distinguido de radiología, física e ingeniería biomédica Charles E. Putman de la Universidad de Duke.

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Universidad de Duke