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MRI-Durchbrüche umfassen ultra-empfindliche Abfragungs, mehr-empfindliche Überwachung MRI-Magnetfelds ohne die chemischen oder radioaktiven Aufkleber

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Mechanische Kontraktionen des Herzens notiert in MRI-Maschine für erstes Mal; hoffen Sie, Neurotransmitter bei 100 Zeituntergeordneten zu überwachen

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Schweizer Forscher haben mit messenden Änderungen in den starken Magnetfeldern mit beispielloser Präzision gefolgt, berichten sie in den Natur-Kommunikationen Zeitschrift des freien Zugangs. Das Finden findet möglicherweise weitverbreiteten Gebrauch in der Medizin und in anderen Bereichen.

In ihren Experimenten magnetisierten die Forscher am Institut für biomedizinische Technik, die gemeinsam durch ETH Zürich und die Universität von Zürich bearbeitet wird, ein Wassertröpfchen innerhalb eines magnetischen Resonanz- Scanners der Darstellung (MRI), ein Gerät, das für medizinische Bildgebung benutzt wurde. Die Forscher waren in der Lage, sogar die kleinsten Veränderungen der Magnetfeldstärke innerhalb des Tröpfchens zu ermitteln. Diese Änderungen waren bis 10-12 (1 Trillion) Mal kleiner als die tesla 7 Feldstärke des MRI-Scanners, der im Experiment benutzt wurde.

„Bis jetzt, war es möglich, solche kleinen Schwankungen der schwachen Magnetfelder nur zu messen,“ sagt Klaas Prüssmann, Professor von Bioimaging an ETH Zürich und die Universität von Zürich. Ein Beispiel eines schwachen Magnetfelds ist das der Erde, in der die Feldstärke gerade einig Dutzend microtesla ist. Für Felder dieser Art, sind sehr empfindliche Messverfahren bereits in der Lage, Veränderungen ungefähr Trillionste der Feldstärke zu ermitteln, sagt Prüssmann. „Jetzt, haben wir eine ähnlich empfindliche Methode für starke Felder von mehr als einem tesla, wie verwendete die… in der medizinischen Bildgebung.“

Die Wissenschaftler basierten die Abfragungstechnik auf dem Prinzip der Kernspinresonanz (NMR), das auch als die Basis für magnetische Resonanz- Darstellung und die spektralanalytischen Methoden dient, denen Biologen pflegen, um die Struktur 3D von Molekülen aufzuklären, aber mit 1000mal größerer Empfindlichkeit als gegenwärtige NMRmethoden.

Ultra-empfindliche Aufnahmen von Herzkontraktionen in einer MRI-Maschine

Die Wissenschaftler führten ein Experiment durch, in dem sie ihren Sensor vor dem Kasten einer freiwilligen Versuchsperson innerhalb eines MRI-Scanners in Position brachten. Sie waren in der Lage, periodische Änderungen im Magnetfeld zu ermitteln, das in der Zeit mit dem Herzschlag pulsierte. Die Maßkurve ist einem Elektrokardiogramm (ECG), aber Maßen ein mechanischer Prozess (die Kontraktion des Herzens) eher als elektrische Leitung ähnlich.

„Wir sind bei dem Analysieren und unsere Magnetometermaßtechnik gemeinsam mit Kardiologen und Signalaufbereitungsexperten weiter entwickelnd,“ sagt Prüssmann. „Schließlich, hoffen wir, dass unser Sensor in der Lage ist, Informationen auf Herzkrankheit zur Verfügung zu stellen — und tun Sie so nichtinvasiv und in der Realzeit.“

Die neue Maßtechnik könnte in der Entwicklung von neuen Kontrastmitteln für magnetische Resonanz- Darstellung und verbesserte (NMR) Spektroskopie der Kernspinresonanz für Anwendungen in der biologischen und chemischen Forschung auch verwendet werden.

Eine Strahlung-freie Annäherung an Darstellungsmoleküle im Gehirn

In einer in Verbindung stehenden Entwicklung haben MIT-Wissenschaftler, die hoffen, einen Blick von Molekülen zu erhalten, die Gehirntätigkeit steuern, einen neuen Sensor geplant, der ihnen zum Bild diese Moleküle erlaubt, ohne irgendwelche chemischen oder radioaktiven Aufkleber (die zu verwenden niedrige Auflösung kennzeichnen und nicht leicht verwendet werden können, um dynamische Ereignisse aufzupassen).

Die neuen Sensoren bestehen aus Enzymen nannten Proteasen entworfen, um ein bestimmtes Ziel zu ermitteln, das sie veranlaßt, Blutgefäße im unmittelbaren Bereich zu weiten. Dieses produziert eine Änderung in der Durchblutung, die mit magnetischer Resonanz- Darstellung (MRI) oder anderer Darstellung techniques.* abgebildet sein kann

„Dieses ist eine Idee, die uns, Moleküle zu ermitteln ermöglicht, die im Gehirn auf biologisch niedrigen Ständen sind und zu tun, dass mit diesen Darstellungsmitteln oder Kontrastmittel, die in den Menschen schließlich benutzt werden können,“ sagt Alan Jasanoff, einen MITprofessor der biologischen Technik und des Gehirns und der Kognitionswissenschaften. „Wir können sie auch an und abstellen, und das ist wirklich Schlüssel zum Versuchen, dynamische Prozesse im Gehirn zu ermitteln.“

Überwachungsneurotransmitter bei 100 Zeituntergeordneten

In einem Papier, das in der Frage am 2. Dezember von Natur-Kommunikationen des freien Zugangs scheint, erklären Jasanoff und seine Kollegen, dass sie Proteasen (verwendete manchmal als Biomarkers, um Krankheiten wie Krebs und Alzheimerkrankheit zu bestimmen), benutzten um die Gültigkeit ihrer Annäherung zu zeigen. Aber jetzt arbeiten sie an der Anpassung dieser Darstellungsmittel, um Neurotransmitter, wie Dopamin und Serotonin zu überwachen, die zum Erkennen und Verarbeitungsgefühle kritisch sind.

„Was wir sein möchten zu tun, Niveaus, des Neurotransmitters zu ermitteln ist, die 100fach niedriger als sind, was wir bis jetzt gesehen haben. Wir möchten auch in der Lage sein, kleiner dieser molekularen Darstellungsmittel in den Organismen weit zu benutzen. Die ist eine der Schlüsselhürden zum Versuchen, diese Annäherung in Leute zu holen,“ Jasanoff sagt.

„Viel Verhalten bezieht mit ein, auf Gene sich zu drehen, und Sie konnten diese Art der Annäherung verwenden, um zu messen, wo und wann die Gene an in verschiedene Teile des Gehirns gedreht werden,“ Jasanoff sagt.

Sein Labor arbeitet auch an Weisen, die Peptide zu liefern, ohne sie einzuspritzen, die das Finden einer Weise, sie zu erhalten, um durch die Blut-Hirn-Schranke zu überschreiten erfordern würden. Diese Sperre trennt das Gehirn von verteilendem Blut und verhindert, dass große Moleküle das Gehirn kommen.

Jeff Bulte, ein Professor der Radiologie und der radiologischen Wissenschaft an der Johns- Hopkinsmedizinischen fakultät, beschrieb die Technik, wie „ursprünglich und innovativ,“ beim Addieren, dass seine Sicherheit und langfristigen physiologischen Effekte mehr Studie erfordern.

„Es ist, dass sie einen Reporter entworfen haben, ohne irgendeine Art Metallsonde oder Kontrastmittel zu verwenden,“ sagt Bulte interessant, der nicht in die Forschung miteinbezogen wurde. „Ein MRI-Reporter, der wirklich gut arbeitet, ist das Heilige Gral auf dem Gebiet der molekularen und zellulären Darstellung.“

Die Forschung wurde von den nationalen Instituten der Gesundheit BRAIN Initiative, das MIT Simons Center für das Sozialgehirn und Stipendien vom Boehringer Ingelheim Fonds und die Freunde vom McGovern-Institut finanziert.

* ihre Sonden zu machen, änderten die Forscher ein natürlich vorkommendes Peptid, das Gen-bedingtes Peptid des Calcitonin (CGRP) genannt wurde, das hauptsächlich während der Migränen oder der Entzündung aktiv ist. Die Forscher führten die Peptide aus, damit sie innerhalb eines Proteinkäfigs eingeschlossen werden, der sie vom Einwirken auf Blutgefäße hält. Wenn die Peptidtreffenproteasen im Gehirn, die Proteasen die offenen Käfige schneiden und das CGRP veranlaßt nahe gelegene Blutgefäße sich zu weiten. Darstellung diese Ausdehnung mit MRI erlaubt den Forschern, zu bestimmen, wo die Proteasen ermittelt wurden.

Eine andere mögliche Anwendung für diese Art der Darstellung ist, Zellen auszuführen, damit das Gen für CGRP eingeschaltet wird, zur gleichen Zeit als ein Gen des Interesses eingeschaltet wird. So, Wissenschaftler könnte die CGRP-bedingten Änderungen in der Durchblutung benutzen, um aufzuspüren, welches Zellen das Zielgen ausdrücken, das ihnen helfen könnte, die Rollen jener Zellen und Gene im unterschiedlichen Verhalten zu bestimmen. Jasanoffs Team demonstrierte die Möglichkeit dieser Annäherung, indem es zeigte, dass die eingepflanzten Zellen, die CGRP ausdrücken, durch Darstellung erkannt werden konnten.

Zusammenfassung des dynamischen Kernspinresonanzfeldes, das mit teil-pro-Trillion Entschließung abfragt

Hoch-Feldmagneten von bis zehn teslas in den Stärkefortschrittsanwendungen in der Physik, in der Chemie und in den Biowissenschaften. Jedoch ist Fortschritt, wenn man solche hohen Felder erzeugte, nicht durch entsprechende Fortschritte im Magnetfeldmaß zusammengebracht worden. Basiert größtenteils auf Kernspinresonanz, ist dynamischer Hochfeld Magnetometry z.Z. auf Beschlüsse in der nanotesla Strecke begrenzt. Hier berichten wir über eine beratene Annäherung, die hergestellte Material- mit einbezieht, Magnetostatics- und Entdeckungselektronik, um die Entschließung der Kernspinresonanz zu erhöhen abfragend durch drei Größenordnungen. Die relative Empfindlichkeit erzielte folglich Mengen zu 1-teiligem pro Trillion (10−12). Um diese Fähigkeit zu illustrieren demonstrieren wir die direkte Entdeckung und relaxometry von der Kernpolarisation und von der Realzeitaufnahme von den dynamischen Anfälligkeitseffekten, die auf menschlicher Herzfunktion bezogen werden. Erhöhter Hochfeld Magnetometry ermöglicht im Allgemeinen einen neuen Blick an den magnetischen Phänomenen, die Skala mit Feldstärke. Er verspricht auch, die Entwicklung und die Operation von Hochfeldmagneten zu erleichtern.

Zusammenfassung der molekularen Darstellung mit ausgeführter Physiologie

In vivo sind Abbildungstechniken leistungsfähige Werkzeuge für die Bewertung von biologischen Systemen. Bildsignale sich zu beziehen, molekulare Phänomene zu präzisieren kann an den Beschränkungen der vorhandenen optischen, magnetischen und radioaktiven Darstellungssondenmechanismen schwieriges jedoch liegen. Hier demonstrieren wir ein Konzept für molekulare Darstellung, die den Bedarf an den herkömmlichen Darstellungsmitteln überbrückt, indem es den endogenen multimodalen Kontrast stört, der vom Vasculature bereitgestellt wird. Varianten des Gen-bedingten Peptids des Calcitonin aktivieren künstlich Vasodilationsbahnen im Rattengehirn und verursachen Kontraständerungen, die bereitwillig durch optische und magnetische Resonanz- Darstellung gemessen werden. CGRP-ansässige Mittel verursachen Effekte bei nanomolar Konzentrationen im Tiefengewebe und können in schaltbare Analyt-abhängige Formen und genetisch verschlüsselten in die Reporter ausgeführt werden, die für die molekulare Darstellungs- oder Zellspurhaltung passend sind. Solche künstlich ausgeführten physiologischen Änderungen stellen deshalb in hohem Grade vielseitige Durchschnitte für empfindliche Analyse von molekularen Ereignissen in lebenden Organismen zur Verfügung.