МРТ исследования патологий головного мозга малых лабораторных животныхНИР

MRI study of brain patologies in small laboratory animals

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 4 января 2016 г.-30 декабря 2016 г. Изучение газотранспортных и контрастирующих свойств фторуглеродных соединений в МРТ экспериментах на малых лабораторных животных, выявление инокулированных опухолей и областей воспаления тканей в режиме in vivo
Результаты этапа: Совместно с лабораторией МРТ исследований университета штата Вашингтон (Сиэтл, США, руководитель профессор В.Л. Ярных) проведены эксперименты по измерению степени миелинизации белого и серого вещества головного мозга у здоровых лабораторных животных. Отработанные методики будут в дальнейшем испытаны на животных с патологическими изменениями, характерными для рассеянного склероза и болезни Паркинсона. Проведены исследования по обнаружению морфологических изменений тканей головного мозга у специально выведенных мышей, пораженных болезнью Альцгеймера. Ввиду малости амилоидных образований удалось с помощью 7 Тл МРТ сканера обнаружить подтвержденные биопсией амилоидные вкрапления у нескольких экземпляров животных. Ранее на больных шизофренией добровольцах были обнаружены сла-бые морфологические изменения структур головного мозга, характерные как для заболевших, так и для их ближайших родственников-пробандов. Целый спектр исследований был посвящен мультиядерным МРТ измерениям. Для этого была создана специальная радио-техническая инфраструктура с настройкой на ларморовы частоты не только протонов, но и ряда тяжелых ядер – дейтерия, фтора-19, углерода-13, фосфора, натрия, бора, хлора, участвующих в метаболических процессах в живом организме или содержащихся в лекарственных препаратах, вводимых в кровоток или внутримышечно. Так, была установлена ди-намика циркуляции в организме животных перфторуглеродных эмульсий типа Перфторан, органы их локализации и скорости выведения из организма. Установлены контрастирующие свойства чистых и модифицированных парамагнитными ионами фторуглеродных соединений. Методами локальной ЯМР спектроскопии, представляющей комбинацию МРТ и спектроскопических опций при измерении ЯМР спектров в выделенном вокселе ткани in vivo, были выявлены молекулярные структуры, характерные для здоровых и патологически пораженных тканей, с возможностью идентифицировать по амплитуде характерных спектральных линий степень развития патологии от момента зарождения таковой до летально сформированного состояния. Таким образом, было показано, что локальная ЯМР спектроскопия может служить неинвазивным аналогом хирургической биопсии и быть ре-комендованной для скрининговых обследований в режиме in vivo. В развитие метода магнитной гипертермии были предприняты успешные эксперименты на малых животных по применению разработанных и запатентованных ранее гипертермических методик совместно с химиотерапевтическими приемами, показавшие большую эффективность, чем каждая из указанных процедур в отдельности. Одновременно при взаимодействии с онкологической лабораторией университета Джона Гопкинса (Балтимор, США, руководитель профессор Д. Артемов) проведена подготовительная работа по использованию структурированных магнитных наночастиц не-сферической формы для механического разрушения раковых клеток в ненагревающих переменных магнитных полях. Подготовлены принципиальные позиции для создания фтор-содержащих эмульсионных биоконтейнеров с таргетной доставкой лекарственных препаратов в область заданных патологий. На примере липосомных контейнеров, снабженных адресным биомаркером и парамагнитными ионами гадолиния, продемонстрирована таргетная доставка препарата для подавления клеток глиомы С6 (опухоли головного мозга животного) с наблюдением на 7-Тл биоспектротомографе (рабо-ты в коллаборации с группой академика В.П.Чехонина).
2 2 января 2017 г.-29 декабря 2017 г. Разработка МРТ-диагностики нейродегенеративных заболеваний с использованием фторуглеродных соединений
Результаты этапа: Проведены эксперименты по регистрации сигналов ЯМР от перфторуглеродных соединений - Перфторана, перфтордекалина.
3 1 января 2018 г.-28 декабря 2018 г. Разработка диагностических возможностей мультиядерной ЯМР-спектроскопии в онкологии
Результаты этапа: Проведены эксперименты по регистрации сигналов ЯМР в полях 0.5 и 7 Тл от ядер, отличных от протонов - 2H, 17O, 13C, 23Na. Данные экспериментов обозначили возможности для применения методов локальной ЯМР спектроскопии для реализации неинвазивной клинической МРТ биопсии in vivo. Были оптимизированы режимы сканирования для мультиядерной локальной ЯМР спектроскопии на ядрах водорода, фосфора, углерода, фтора и натрия с целью последующего изучения метаболических свойств здоровых и патологических тканей. Обозначены возможности методов магнитной гипертермии для экспериментов на лабораторных животных по совместному применению нанокапсулированных парамагнитных частиц и химиотерапии в лечении раковых опухолей. Выявлены факторы препятствующие применению структурированных магнитных наночастиц несферической формы для механического разрушения раковых клеток посредством воздействия нагревающих высокочастотных магнитных полей.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Регистрация сигналов МРТ in vivo с применением новых методов управления тканевым контрастом
Результаты этапа: Оптимизированы протоколы МРТ сканирования с подавлением сигналов нормальной ткани применительно к визуализации разных органов лабораторных животных.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Разработка методов МРТ с использованием импульсной последовательности с ультракоротким временем эхо
Результаты этапа: На исследовательском МР томографе Bruker BioSpec 70/30 реализованы импульсные последовательности с ультракоротким временем эхо (UTE). Последовательности использованы для визуализации лёгких и сердца у малых лабораторных животных при использовании фтор содержащих газов в качестве контрастных веществ.
6 4 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Разработка методов МРТ для диагностики фиброза легких малых лабораторных животных
Результаты этапа: На исследовательском МР томографе Bruker BioSpec 70/30 была продолжена адаптация импульсных последовательностей с ультракоротким временем эхо (UTE) для визуализации для визуализации лёгких и сердца у малых лабораторных животных. В рамках использования фтор содержащих газов в качестве контрастных веществ проведена апробация газа перфторциклобутана. На 0.5 Тл томографе определялись возможности регистрации сигналов низкочувствительных ядер в условиях техногенных помех.Наработаны практические рекомендации для проведения измерений на ядрах натрия, проведена апробация режимов сканирования для технологических приложений.
7 3 января 2022 г.-30 декабря 2022 г. Разработка методов МРТ для диагностики патологий суставов малых лабораторных животных
Результаты этапа: В результате исследований проведена апробация датчиков, ранее не применявшихся в практике доклинического МРТ, проведен ряд мультиядерных экспериментов на слабопольном томографе. Измерены аппаратурные характеристики датчиков, отлажены режимы сканирования, получены 23Na МРТ изображения коленного сустава человека. Продолжены эксперименты с малыми лабораторными животными на исследовательском 7 Тл томографе. Определен перспективы измерений в слабых (0.5 Тл) и сильных (7 Тл) магнитных полях,
8 2 января 2023 г.-29 декабря 2023 г. Разработка методов мультиядерной томографии и спектроскопии
Результаты этапа: В результате исследований проведены эксперименты по изучению новых контрастных агентов на основе углеродных наночастиц с добавлением гадолиния, а также фторуглеродных соединений, ранее не применявшихся в практике доклинического МРТ, проведена апробация ряда новых программных методов для исследований легких, разработана новая методика визуализации проводников катушек для мультиядерных исследований и их карт чувствительности, проведены работы по адаптации 1.5 Тл томографа для детектирования не только протонов, но и ядер фтора. Определены перспективы мультиядерных измерений в слабых (0.5 Тл) средних (1.5 Тл) и сильных (7 Тл) магнитных полях. Полнота решения задачи адекватна имеющимся аппаратурным ресурсам и квалификации исполнителей. Результаты НИР можно рекомендовать для использования на аналогичном оборудовании и при решении подобных задач. Есть веские основания получить высокую технико-экономическую эффективность внедрения результатов НИР. Научно-технический уровень выполненной НИР сопоставим с лучшими достижениями в области МРТ. Для метода визуализации проводников катушки есть признаки мировой новизны, в связи с чем подана патентная заявка на изобретение №2023132328 от 08.12.2023 «Способ визуализации проводников катушки, используемой в магнитно-резонансной томографии (МРТ)» (патентообладатель МГУ, авторы Н.В. Анисимов и др.). Кроме того, в 2023 г. был получен патент #RU 2795915 C1 на ранее поданную заявку, касающуюся контрастного агента на основе фторуглеродного соединения: Гервиц Л.Л., Гуляев М.В., Павлова О.С., и др. 1,2 бис(перфтор-трет-бутокси)этан в качестве контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии на ядрах  19F.
9 2 января 2024 г.-30 декабря 2024 г. Разработка методов МРТ для диагностики патологий суставов малых лабораторных животных
Результаты этапа: Визуализация суставов в МРТ является сложной задачей, главной причиной чему является зависящие от глубины и ориентации значения T2 в суставном хряще, которые становятся все короче (1-5 мс) по направлению к нижней (более глубокой) части радиальной зоны. При этом время Т1 релаксации оказывается более 1 с (в зависимости от индуктивности постоянного магнитного поля). В связи с этим использовать стандартные импульсные последовательности (ИП), основанные на градиентном или спиновом эхо, оказывается затруднительным, поскольку минимальная задержка между возбуждением спиновой системы и регистрацией сигнала эхо (время эхо, TE) составляет несколько мс, и сигнал от хрящевой ткани в значительной степени затухает к моменту его регистрации. Минимизировать TE позволяют ИП на основе радиального кодирования пространства сырых данных МРТ (k-пространства): в них достигаются значения TE порядка 10 мкс. Примером такой ИП является ИП с ультракоротким временем эхо (UTE). Данная ИП также может эффективно применяться и для исследования легких. Аналогично суставам легкие имеют сходные времена релаксации – довольно длинное Т1 (1.5-2 c) и короткое Т2 (<5 мс), что также осложняет их исследование. На данном этапе работ мы оптимизировали параметры ИП UTE для исследования тканей с такими временами релаксации в сверхвысоком магнитном поле 7 Тесла. Помимо этого, был реализован метод ретроспективного стробирования, основанный на разделении радиального k-пространства, полученного с помощью ИП UTE. Моделирование (провоцирование) патологий суставов пока находится в стадии отработки, поэтому апробация импульсной последовательности была проведена при исследовании легких у лабораторных животных (крысах) здоровых и с патологиями (фиброз, эдема). Перспективным направлением диагностики заболеваний суставов также является развитие томографии на ядрах 23Na. При таких заболеваниях как остеоартрит и остеохондроз хрящевая ткань необратимо разрушается. При дегенерации хряща разрушаются молекулы протеогликана, из-за чего снижается концентрация связанных с ними ионов натрия, что может быть обнаружено с помощью 23Na МРТ. В процессе НИР была сконструирована соленоидальная РЧ катушка, работающая на частоте ядер 1Н и 23Na в магнитном поле 7 Тл. Получены 1H и 23Na МРТ изображения коленного сустава задней лапы интактных лабораторных крыс с помощью импульсной последовательности (ИП) градиентное эхо. Показана возможность получения информативных мультиядерных изображений в поле 7 Тл. Выявлены дополнительные потенциальные возможности развития метода мультиядерных магнитно-резонансных исследований применительно к типовому исследовательскому томографу. Получен патент на изобретение метода визуализации проводников катушки, используемой в качестве датчика сигналов МРТ. Полнота решения задачи адекватна имеющимся аппаратурным ресурсам и квалификации исполнителей. Результаты НИР можно рекомендовать для использования на аналогичном оборудовании и при решении подобных задач. Есть веские основания получить высокую технико-экономическую эффективность внедрения результатов НИР. Научно-технический уровень выполненной НИР сопоставим с лучшими достижениями в области МРТ, на что указывает востребованность материалов работ для научных публикаций, включая зарубежные издания.
10 2 января 2025 г.-30 декабря 2025 г. Разработка и апробация контрастных агентов для МРТ на основе фторуглеродных соединений
Результаты этапа:
11 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Адаптация современных физиологических методов МРТ головного мозга на модели малых лабораторных животных
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".