Osservare il metabolismo
I ricercatori dell'ETH e dell'Università di Zurigo stanno sviluppando ulteriormente la risonanza magnetica. La utilizzano per visualizzare il metabolismo del corpo. L'obiettivo è quello di poter diagnosticare e trattare meglio le malattie cardiache in futuro.
La risonanza magnetica (RM) è diventata parte integrante della medicina. Permette di avere una visione unica del corpo e di diagnosticare varie malattie. Tuttavia, la risonanza magnetica ha i suoi limiti: Può essere utilizzata per visualizzare la struttura e la funzione di organi e tessuti, ma non, ad esempio, i cambiamenti nel metabolismo, che svolge un ruolo importante in molte malattie.
I ricercatori dell'Istituto di ingegneria biomedica dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Zurigo vogliono ora renderlo possibile: Il gruppo del professore Sebastian Kozerke sta sviluppando ulteriormente la tecnologia della risonanza magnetica per poterla utilizzare per visualizzare il metabolismo in tempo reale. I ricercatori si stanno concentrando sul cuore, il cui metabolismo è particolarmente complesso in quanto può scegliere tra diverse fonti di energia.
Il "frigorifero" lo rende possibile
"Il cuore è costantemente in movimento e rappresenta quindi una sfida importante per l'imaging", spiega Sebastian Kozerke. Un'altra sfida è rappresentata dal fatto che le molecole del metabolismo sono presenti solo in piccole concentrazioni, troppo piccole per poter essere visualizzate con la risonanza magnetica convenzionale. I ricercatori sono riusciti a superare questi ostacoli con l'aiuto della cosiddetta risonanza magnetica iperpolarizzata. Questo metodo consente di amplificare il segnale delle molecole metaboliche di oltre 25.000 volte.
Il gruppo di Kozerke ha adattato la risonanza magnetica iperpolarizzata alle esigenze specifiche dell'imaging cardiaco e dell'imaging dei processi metabolici. Il risultato è un dispositivo delle dimensioni di un frigorifero, che viene utilizzato insieme a una macchina per la risonanza magnetica clinica. Il "frigorifero" è all'altezza del suo nome: per aumentare la potenza del segnale, una sostanza di degradazione dello zucchero (piruvato) viene surgelata a -272 gradi Celsius e poi magnetizzata in un campo magnetico sotto l'influenza delle microonde. Una volta riscaldati di nuovo alla temperatura corporea, possono essere utilizzati per l'imaging in modo simile agli agenti di contrasto convenzionali.
Segni di malattie cardiache
Il nuovo metodo consente per la prima volta di mostrare in modo non invasivo e in tempo reale come l'organismo metabolizza i nutrienti, ossia li converte in energia utilizzabile. Mentre la risonanza magnetica convenzionale può solo mostrare se e come il cuore sta pompando, ora è possibile visualizzare anche come il cuore ottiene la sua energia.
"In futuro saremo in grado di vedere cosa succede realmente nel muscolo cardiaco e nelle sue cellule".Robert Manka
La capacità di visualizzare e comprendere nel dettaglio questo aspetto è particolarmente importante nel contesto delle malattie cardiache. Se il metabolismo è disturbato, può essere un segnale precoce di una malattia cardiaca. Esempio: Di norma, il cuore utilizza i grassi come fonte di energia. In caso di carenza di ossigeno, il cuore passa immediatamente agli zuccheri come fonte di energia, poiché la loro metabolizzazione richiede meno ossigeno. La possibilità di visualizzare tali processi consente di individuare precocemente un'eventuale carenza di ossigeno. In futuro si potranno trattare le cause delle malattie cardiovascolari, non solo i loro effetti.
Cosa succede dopo un attacco di cuore
In collaborazione con il Centro per la ricerca chirurgica dell'Università di Zurigo, il gruppo di Sebastian Kozerke è riuscito a dimostrare che il metabolismo del cuore può essere effettivamente ben rappresentato con il metodo da loro sviluppato. Come modello sono stati utilizzati maiali, il cui cuore è molto simile a quello umano. In questo modo è stato possibile visualizzare in dettaglio i cambiamenti del metabolismo prima e dopo un attacco cardiaco. Tra l'altro, è stato possibile mostrare quali parti del muscolo cardiaco si riprendono dopo l'infarto. Il gruppo con il dottor Maximilian Fütterer come primo autore ha appena pubblicato lo studio corrispondente sul Journal of the American College of Cardiology: Cardiovascular Imaging.
Cosa succede nel muscolo cardiaco
Nel frattempo, i ricercatori hanno già fatto un passo avanti. In collaborazione con il professore Robert Manka, responsabile della risonanza magnetica cardiaca presso il Centro del cuore dell'Ospedale universitario di Zurigo, hanno avviato un primo studio clinico. L'obiettivo è quello di esaminare pazienti con insufficienza cardiaca o fattori di rischio.
"Per noi medici è molto prezioso poter vedere il metabolismo del cuore. In futuro, questo potrebbe permetterci di fare una diagnosi e una prognosi molto più mirate delle malattie cardiache, e quindi anche di scegliere una terapia più personalizzata", afferma il cardiologo dell'USZ Manka. Il nuovo metodo di risonanza magnetica potrebbe quindi diventare un passo importante verso la medicina personalizzata. Manka spera che la nuova procedura possa anche aiutare a capire perché alcune persone hanno limitazioni molto più gravi di altre dopo un attacco di cuore: "Probabilmente il metabolismo ha un ruolo in questo, ma non lo sappiamo ancora. In futuro saremo in grado di vedere cosa succede realmente nel muscolo cardiaco e nelle sue cellule".
C'è ancora del lavoro da fare prima di raggiungere questo obiettivo. Nei prossimi anni il metodo dovrà essere testato in studi clinici più ampi. A tal fine, i ricercatori guidati da Sebastian Kozerke continueranno a perfezionare la tecnologia nel prototipo di "frigorifero".
Riferimento alla letteratura
Fuetterer M, Traechtler J, Busch J, Peereboom S M, Dounas A, Manka R, Weisskopf M, Cesarovic N, Stoeck C T, Kozerke S: Imaging metabolica iperpolarizzata e CMR parametrica dei cambiamenti metabolici-strutturali longitudinali nell'infarto cronico sperimentale. Rivista dell'American College of Cardiology (JACC): Cardiovascular Imaging 15 (2022), pp. 2051-2064 (articolo finale nel numero di dicembre, articolo online il 16 novembre). DOI: pagina esterna10.1016/j.jcmg.2022.08.017
Schwitter J. Approfondimento mediante iperpolarizzazione: la valutazione multilivello dell'infarto del miocardio mediante l'aggiunta di un'immagine iperpolarizzata. 13C-Carbonio-CMR?. Commento editoriale. Journal of the American College of Cardiology (JACC): Cardiovascular Imaging, 16 novembre 2022, pubblicato. DOI: pagina esterna10.1016/j.jcmg.2022.09.002