Le malattie neurodegenerative rappresentano uno dei più rilevanti problemi sanitari nel mondo. La loro natura complessa richiede approcci di studio multidisciplinari. In questo campo, la combinazione delle più avanzate tecniche di imaging a raggi X con la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e con nuovi algoritmi di processing potrebbe rappresentare un innovativo approccio multimodale, di particolare importanza nel campo della ricerca pre-clinica e potenzialmente nella routine clinica.
Tecniche di “imaging” ad alta risoluzione permettono una stima quantitativa diretta dei parametri che caratterizzano la morfologia e la topologia del network neuronale e vascolare nel midollo spinale, e che contribuiscono alla comprensione del contrasto BOLD nel sistema nervoso centrale. In particolare, lo sviluppo di un modello accurato relativo all’origine biofisica del contrasto BOLD richiede un elevato livello di informazione spaziale, che può essere facilmente raggiunto con la tomografia a contrasto di fase.
Potenzialmente, le conoscenze acquisite sui piccoli roditori possono essere sfruttate per meglio comprendere la fisiologia del midollo spinale umano e le relative patologie. Approcci simili possono essere fondamentali per l’applicazione nella pratica clinica di tecniche non invasive, come l’fMRI, che hanno il potenziale per contribuire allo sviluppo di nuovi trattamenti per gravi patologie.
Questo progetto è basato su una consolidata collaborazione con il laboratorio TOMALab , presso l’istituto del CNR-Nanotec  (Roma), che possiede una considerevole esperienza nel campo della tomografia a contrasto di fase e un notevole “know-how” nell’ambito degli algoritmi di ricostruzione ed analisi delle immagini nel campo della tomografia a raggi X.

 

OpenDayMARBILab 

Il laboratorio è una collaborazione tra:

CentroFermi Museo storico della fisica e Centro studi e ricerche Enrico Fermi
SantaLucia Fondazione Santa Lucia IRCCS

Il MARBILab è la base operativa de progetti T-MENS, PAMINA e MICROBRADAM del Centro Fermi, e del progetto Ricerca finalizzata n... della Fondazione Santa Lucia

La risonanza magnetica nucleare (NMR) offre un ampio set di tecniche non invasive che possono essere rese sensibili a numerosi fenomeni d’interesse biomedico, fra cui la perfusione sanguigna, la dinamica metabolica, la dinamica molecolare, la diffusione dell’acqua nei tessuti, e molti altri. Grazie a queste proprietà, la spettroscopia e l’imaging NMR si sono affermate come tecniche d’elezione per lo studio della funzione e della struttura cerebrale e delle relative patologie, senza dimenticare le consistenti ricadute nella vita pratica, a partire dai metodi diagnostici.
Al di là della capacità di produrre eccellenti immagini tomografiche del sistema nervoso centrale, la NMR può essere applicata in maniera quantitativa, poiché la magnetizzazione del campione può essere manipolata in modo tale che il segnale risultante permetta di mappare uno o più parametri chimico-fisici che lo caratterizzano.
In questo contesto, le attività del nostro laboratorio sono focalizzate su molteplici interessi, che possono essere raggruppati in due grandi fronti. In primo luogo lo sviluppo di tecniche MR, spettroscopia ed imaging, e dei relativi metodi d’analisi. In secondo luogo l’applicazione di questi metodi ottimizzati allo studio di alcuni argomenti di grande interesse applicativo legati alla fisiologia ed alle patologie della funzione cerebrale, fra cui la dinamica del metabolismo cerebrale e l’evoluzione dei network cerebrali causata dall’attività fisiologica o da alcune patologie di rilevante interesse sociale.

L’imaging di Risonanza Magnetica (MRI) è rapidamente diventata una delle più importanti e proficue tecniche di imaging, sia nell’ambito della ricerca in neuroscienze, sia in ambito clinico.
L’approccio funzionale, l’Imaging di Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) è la tecnica piu utilizzata per lo studio dei processi cognitivi nell’uomo. L’fMRI è in grado di mappare le regioni cerebrali attive durante un compito sfruttando la relazione che esiste localmente tra la funzione fisiologica, il metabolismo cerebrale e l’apporto di sangue. Infatti, il segnale BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent), sul quale la tecnica si basa, riflette la complessa relazione esistente tra le variazioni locali del volume di sangue (CBV) del flusso di sangue (CBF) e del metabolismo ossidativo (CMRO2), che sono conseguenza dell’attività neuronale.
Il contrasto BOLD deriva dalle disomogeneità di campo magnetico indotte dalla variazione di concentrazione di deossiemoglobina nei globuli rossi all’interno dei vasi sanguigni, rispetto allo spazio circostante. Immediatamente dopo l’inizio dell’attività neuronale, ci si aspetterebbe una diminuzione locale del segnale BOLD dovuta all’incremento del metabolsimo ossidativo. In realtà, si registra un incremento del segnale nelle aree attivate dovuto ad un incremento del flusso sanguigno che eccede il consumo di ossigeno. Le sequenze fMRI sono disegnate per essere sensibili a questo gradiente di suscettività magnetica che genera la variazione del segnale BOLD che a sua volta è espressione indiretta del processing intracorticale di una data area.
I vantaggi principali di questa tecnica risiedono nel suo carattere non invasivo, nell’alta risoluzione spazio-temporale e nella capacità di studiare simultaneamente l’intero network cerebrale coinvolto nello svolgimento di un determinato compito. Ad oggi, l’fMRI è sicuramente una delle tecniche più eccitanti e promettenti per lo studio, in vivo, della funzione e disfunzione cerebrale ed è costituisce uno strumento di grande utilità nell’ottimizzazione dei processi clinici, fornendo informazioni essenziali per la diagnosi ed il monitoraggio delle terapie.