Российские ученые разработали технологию внутриутробного наблюдения за развитием миелина в мозге плода. Благодаря этому специалисты смогут сделать выводы о динамике и аномалиях структурного развития мозга на самых начальных этапах формирования центральной нервной системы человека. Результаты исследования опубликованы в журнале American Journal of Neuroradiology. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
Примеры карт МПФ головного мозга плодов различного гестационного возраста
Credit: Василий Ярных
Нервные волокна периферической и центральной нервной системы окружены защитной оболочкой из миелина – многослойной клеточной мембраной, состоящей из жиров и белков. В головном мозге миелиновая оболочка образована олигодендроцитами, в периферических нервах – Шванновскими клетками. Ионные токи не могут проходить через миелин, поэтому нервный импульс проходит по миелинизированным волокнам крупными «перескоками» – только по областям разрыва миелиновой оболочки. Такие области встречаются через равные промежутки длиной примерно 1 миллиметр. В результате такой скачкообразной передачи сигнала нервный импульс распространяется по миелинизированным волокнам в несколько раз быстрее, чем по волокнам без миелина. Повреждение миелиновой оболочки приводит к серьезным нарушениям работы нервной системы.
Процесс миелинизации начинается приблизительно на пятом месяце развития плода и интенсивно продолжается после рождения, когда человек учится держать голову, ходить, говорить, мыслить и так далее. Нарушение этого процесса, а также некоторые заболевания (например, рассеянный склероз) могут повредить миелиновую оболочку нервных волокон и таким образом вывести из строя центральную нервную систему. Ученые из Томского государственного университета и Института «Международный топографический центр» Сибирского отделения РАН разработали метод количественной оценки процесса миелинизации мозга плода в клинических условиях с помощью магнитнорезонансной томографии (МРТ).
«Нарушения миелинизации часто лежат в основе задержек физического и умственного развития ребенка, а также являются возможным механизмом формирования ряда неврологических и психиатрических заболеваний. Наше исследование открывает возможность неинвазивного изучения формирования миелина в мозге плода на самой ранней стадии и последующего применения полученных знаний в клинической диагностике и фундаментальных нейронауках», — рассказал Василий Ярных, руководитель проекта, профессор Томского государственного университета и университета Вашингтона (США).
Современные методы МРТ позволяют на качественном уровне оценить выраженные нарушения миелинизации, но не дают возможности измерить точное количество миелина в нервной ткани. Более ранние технологии МРТ также недостаточно чувствительны к малым количествам миелина, которые присутствуют в мозге плода или новорожденного ребенка. Авторы исследования предлагают использовать для этих целей новый метод – картирование макромолекулярной протонной фракции (МПФ). При обычной МРТ источником сигнала становятся протоны, содержащиеся в воде, тогда как метод картирования МПФ измеряет количество протонов, входящих в состав клеточных мембран. Благодаря специальному алгоритму математической обработки изображений и протоколу сбора данных, новый метод позволяет выделить сигнал протонов, относящихся к миелиновей оболочке. В предыдущих исследованиях ученые доказали эффективность этого метода для количественной оценки миелинизации, а в новой работе продемонстрировали применение картирования МПФ для визуализации тонких различий в миелинизации анатомических структур мозга плода.
В исследовании приняло участие более сорока беременных женщин на сроке беременности от 18 до 38 недель. Ученые показали, что их метод может надежно оценивать пространственно-временные траектории развития миелина в различных анатомических структурах мозга плода. Новая технология позволяет выявлять очень малые количества миелина на ранних стадиях его формирования с высоким пространственным разрешением и коротким временем сканирования (менее пяти минут). Авторы сравнили данные, полученные для мозга взрослого человека и мозга плода и выяснили, что картирование МПФ наиболее чувствительно к содержанию миелина среди всех известных методов МРТ.
Текст: пресс-служба РНФ
Quantitative Assessment of Normal Fetal Brain Myelination Using Fast Macromolecular Proton Fraction Mapping
V.L. Yarnykh, I.Y. Prihod’ko, A.A. Savelov and A.M. Korostyshevskaya
American Journal of Neuroradiology May 2018, DOI: https://doi.org/10.3174/ajnr.A5668
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
