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Advanced MR methods for characterization of microstructural brain damage

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Immagini cerebrali potenziate favoriscono una diagnosi precoce per diverse malattie neurodegenerative

In numerose malattie neurodegenerative progressive le modifiche cerebrali microstrutturali spesso precedono un danno tissutale più evidente, ma finora la risonanza magnetica per immagini (RMI) tradizionale non è stata in grado di rilevarle. Le metodologie innovative di RMI rendono tutto questo possibile, aprendo la strada a trattamenti e diagnosi precoci che potrebbero arrestare la progressione della malattia a uno stadio molto più precoce.

Salute

La RMI è una tecnica di immaginografia non invasiva che produce immagini dettagliate di tessuti e organi in pazienti svegli. È ampiamente utilizzata nell’immaginografia cerebrale, consentendo la visualizzazione dell’atrofia (riduzione di volume) di specifiche regioni cerebrali e la presenza di lesioni nei tessuti cerebrali che caratterizzano numerose malattie neurodegenerative, tra cui il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e la sclerosi multipla (SM). Le modifiche microstrutturali, come la perdita di guaina mielinica, spesso precedono l’atrofia e le lesioni, ma non sono visibili utilizzando la RMI tradizionale. Grazie al supporto del programma Marie Skłodowska-Curie, il progetto MICROBRADAM ha sviluppato nuove tecniche di RMI per superare queste barriere e migliorare gli esiti dei pazienti.

Cablaggio difettoso nelle distanze

La trasmissione delle informazioni tra i neuroni si basa per lo più sulla propagazione del potenziale d’azione negli assoni dei neuroni trasmittenti verso quelli riceventi. Gli assoni sono circondati da una guaina mielinica lipidica, molto simile all’isolamento dei cavi elettrici, che evita la perdita del segnale nelle distanze e potenzia la velocità di trasduzione. Il cervello è caratterizzato da sistemi di rete su larga scala che coinvolgono molte aree specializzate; senza la mielina, il cervello non può funzionare, dato che è impossibile l’interazione su lunga distanza tra le aree cerebrali. Numerose malattie cerebrali progressive colpiscono la mielinizzazione, distruggendo in definitiva l’integrità della neurotrasmissione.

Per le piccole strutture la lentezza è la cosa migliore

Nonostante il suo ruolo fondamentale nelle malattie neurodegenerative, l’immaginografia diretta della mielina è attualmente possibile solo tramite procedure invasive. Federico Giove, coordinatore del progetto del Centro Ricerche Enrico Fermi, spiega: «La RMI tradizionale sfrutta la dinamica veloce delle molecole d’acqua soggette a un campo magnetico. La nostra nuova metodologia trae profitto da una sensibilità rafforzata per rallentare i regimi di movimento delle molecole d’acqua, le quali possono esaminare meglio la microstruttura intricata del tessuto e, pertanto, rilevare eventuali danni alla mielina».

Benefici preclinici e clinici per le malattie neurodegenerative

Le metodologie di RMI di MICROBRADAM possono rilevare sottili anomalie nella materia grigia e bianca che caratterizza il morbo di Parkinson e la sclerosi multipla, che non sono accessibili con la RMI tradizionale; consentono potenzialmente una diagnosi precoce e una migliore misurazione dello sviluppo della malattia e/o degli effetti delle terapie. In modo fortuito, essi hanno dimostrato inoltre una sensibilità ridotta in modo sostanziale agli elettrodi metallici; questa sensibilità riguarda la qualità delle immagini della risonanza magnetica funzionale (fMRI, functional Magnetic Resonance Imaging), quando la fMRI si basa su elettrodi impiantati. Di conseguenza, gli scienziati sono stati in grado di sviluppare approcci innovativi di neurostimolazione tali da rilevare gli effetti funzionali della stimolazione cerebrale profonda (DBS, Deep Brain Stimulation). Ora, essi stanno perfezionando paradigmi nuovi per fornire la DBS e la stimolazione del midollo spinale, intervenendo su percorsi di interesse nel morbo di Parkinson, nella depressione, nel dolore e nelle lesioni del midollo spinale. I partner hanno presentato due domande di brevetto. «Forse la cosa più emozionante riguarda un nuovo metodo che è stato molto efficace nella fase iniziale della diagnosi e della caratterizzazione della sclerosi multipla. Anche se gli esiti dei pazienti dipendono da una diagnosi precoce e da un trattamento efficace, l’efficacia è spesso migliorata drasticamente dalla diagnosi precoce. I farmaci per arrestare la progressione della malattia degenerativa sono all’orizzonte, rendendo la diagnosi precoce persino più preziosa», afferma Giove. Il gruppo ha compiuto enormi progressi nello stabilire nuove modalità della RMI per rilevare le modifiche sottili nel tessuto cerebrale, potenzialmente persino prima che compaiano i sintomi della malattia. A parte migliorare gli esiti clinici, gli approcci di MICROBRADAM dovrebbero favorire uno sviluppo più rapido di farmaci e trattamenti destinati alla demielinizzazione.

Parole chiave

MICROBRADAM, cervello, RMI, malattia neurodegenerativa, mielina, morbo di Parkinson, SM, DBS, stimolazione cerebrale profonda, elettrodi, fRMI, midollo spinale, risonanza magnetica per immagini, sclerosi multipla, depressione, RMI funzionale

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