Активацию микроглии и астроцитов смогли увидеть на МРТ

Дегенеративные заболевания головного мозга, такие как деменция, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона или рассеянный склероз, представляют собой актуальную и трудноразрешимую проблему. Накопленные данные свидетельствуют о том, что хроническое нейровоспаление, устойчивая активация микроглии и астроцитов сильно влияет на нейродегенерацию и способствует ее прогрессированию. Испанские авторы показали в своей новой статье, опубликованной в журнале Science Advances, что отслеживать активацию глиальных клеток можно при помощи безопасной для человека магнитно-резонансной томографии.

Корреляция между фракцией палочек и плотностью микроглии в головном мозге человека. (A) Визуализация фракции палочек (предполагаемый биомаркер микроглии). (B) Результаты регрессионного анализа, отражающие взаимосвязи между фракциями палочек и плотностью микроглии, измеренной с помощью гистологического окрашивания посмертной ткани человека в восьми областях серого вещества головного мозга (гиппокамп, мозжечок, черная субстанция, базальные ганглии, таламус, моторная, лобная и затылочная кора).

В то время как различные методы визуализации широко применяются для мониторинга неврологических состояний, на сегодняшний день отсутствуют неинвазивные подходы, способные конкретно охарактеризовать воспаление головного мозга in vivo. В настоящее время золотым стандартом таких исследований остается позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), нацеленная на белок-транслокатор молекулярной массой 18 килодальтон. Но нужно иметь в виду, что ПЭТ связана с воздействием ионизирующего излучения, поэтому ее использование ограничено в уязвимых группах населения и в лонгитюдных исследованиях, которые требуют повторного использования ПЭТ в течение определенного периода времени, как это бывает при исследовании нейродегенеративных заболеваний. Также ПЭТ имеет низкое пространственное разрешение, что делает ее непригодной для визуализации небольших по размеру структур. Кроме этого, каждое ПЭТ-исследование еще и очень дорого (оно стоит около тысячи долларов США). С другой стороны, диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография (ДВ МРТ) обладает уникальной способностью отображать микроструктуру мозга in vivo, неинвазивно и с высоким разрешением, регистрируя случайное движение молекул воды в тканях головного мозга.

Инновационная стратегия, разработанная исследователями из Института нейронаук Испании (Instituto de Neurociencias, CSIC/UMH), сделала возможным этот важный прорыв, который может оказать решающее значение для изменения тактики изучения и лечения нейродегенеративных заболеваний. Исследование демонстрирует, что диффузионно-взвешенная МРТ может неинвазивно и дифференциально обнаруживать активацию микроглии и астроцитов, двух типов клеток головного мозга, лежащих в основе нейровоспаления и его прогрессирования.

Новый подход

Авторы статьи разработали инновационную стратегию для визуализации активации микроглии и астроцитов в сером веществе с помощью ДВ МРТ путем создания микроструктурной многокомпонентной модели ткани, основанной на знаниях о морфологии микроглии и астроцитов. В ходе исследования были выявлены параметры МРТ, обеспечивающие чувствительность к активации отдельно микроглии и отдельно астроцитов. Чтобы проверить полученную модель, исследователи сначала использовали устоявшуюся парадигму воспаления у крыс, основанную на внутримозговом введении липополисахарида (ЛПС). В этой парадигме жизнеспособность и морфология нейронов сохраняются, в течение нескольких часов индуцируется активация микроглии, а через 24 часа после инъекции обнаруживается отсроченный астроцитарный ответ. Затем авторы использовали установленную парадигму повреждения нейронов, основанную на введении иботеновой кислоты, чтобы проверить, способна ли модель различать нейровоспалительные сигнатуры с сопутствующей нейродегенерацией и без нее. Также исследователи использовали установленную парадигму демиелинизации, основанную на локальном введении лизолецитина, чтобы продемонстрировать, что разработанные биомаркеры не накладываются на маркеры тканевых изменений, часто встречающиеся при заболеваниях головного мозга и оказывающие сильное влияние на диффузию воды.

После успешной проверки модели по всем парадигмам, авторы статьи адаптировали разработанный протокол ДВ МРТ для человеческого микроструктурного диффузионного МРТ-сканера и проверили его на выборке из 6 здоровых испытуемых. Полученные в результате проверки данные демонстрируют высокую воспроизводимость биомаркеров и значительную взаимосвязь с известными моделями плотности микроглии в мозге человека.

«Мы предложили новое поколение неинвазивных глиоцентрических биомаркеров, которые, как ожидается, изменят изучение многих заболеваний, связанных с глиальным ответом: тех, при которых воспаление является известной или возможной причиной, а также тех, при которых глиальная реакция может служить мощным ранним диагностическим и/или прогностическим маркером», — подчеркивают авторы статьи.


Текст: Павел Кулагин

Raquel Garcia-Hernández, Antonio Cerdán Cerdá, Alejandro Trouve Carpena, Mark Drakesmith, Kristin Koller, Derek K. Jones, Santiago Canals, Silvia De Santis Mapping microglia and astrocyte activation in vivo using diffusion MRI. Science Advances (2022) https://doi.org/10.1126/sciadv.abq2923

https://doi.org/10.1126/sciadv.abq2923