Rezonans magnetyczny (MRI) jest jednym z najszerzej stosowanych badań diagnostycznych, głównie mózgu. Dzięki MRI można zbadać struktury i funkcje mózgu, bez używania promieniowania jonizującego. Specjalny wariant MRI – tzw. dyfuzyjny MR (dMRI) – pozwala na określenie kierunku włókien nerwowych, co ma znaczenie w przypadku niektórych chorób. Trudno jest to określić w punktach przecięcia wiązek włókien nerwowych, gdyż poszczególne z nich nakładają się na siebie.
Czytaj też: Przeprowadzili druk 3D wewnątrz żywych organizmów. Gdzie kończą się możliwości tej technologii?
W celu dalszego udoskonalenia metod analizy i oceny procesu oraz testów, naukowcy z MedUni Vienna i TU Wien opracował tzw. “fantom mózgowy”, który został wyprodukowany w procesie druku 3D o wysokiej rozdzielczości. Modele te mogą pomóc w badaniu chorób neurodegeneracyjnych, takich jak stwardnienie rozsiane, choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera. Szczegóły opisano w czasopiśmie Advanced Materials Technologies.
Fantom mózgowy z drukarki 3D pomoże rozszyfrować choroby neurodegeneracyjne
Wizualnie fantom mózgowy nie ma nic wspólnego z prawdziwym mózgiem. Jest znacznie mniejszy i ma kształt sześcianu. Wewnątrz znajdują się niezwykle cienkie, wypełnione wodą mikrokanaliki wielkości nerwów czaszkowych, o średnicy 5 razy mniejszej od ludzkiego włosa.
Naukowcy wykorzystali dość nietypową metodę druku 3D: polimeryzację dwufotonową, która jest przede wszystkim stosowana do drukowania mikrostruktur w zakresie nanometrów i mikrometrów. Zwiększając skalę procesu, umożliwili stworzenie większych fantomów o wysokiej rozdzielczości, odpowiednich do badania dMRI. To umożliwia przypisanie konkretnym obszarom różnych struktur nerwowych. Naukowcy porównują to do ewolucji aparatów fotograficznych w smartfonach.
Największy postęp w fotografii aparatami w telefonach komórkowych widzimy niekoniecznie w nowych, lepszych obiektywach, ale w oprogramowaniu, które poprawia uchwycone obrazy. Podobnie sytuacja wygląda w przypadku dMRI: wykorzystując nowy fantom mózgowy, możemy znacznie precyzyjniej dostosować oprogramowanie do analizy, a tym samym poprawić jakość mierzonych danych i dokładniej zrekonstruować architekturę neuronową mózgu. Dr Michael Woletz z MedUni Vienna
“Trening” oprogramowania do analizy dMRI wymaga dokładnej replikacji charakterystycznych struktur nerwowych mózgu. Fantomy mózgowe reprezentują obszary mózgu, takie jak skrzyżowane ścieżki nerwowe, które wytwarzają wyjątkowo złożone sygnały i są trudne do analizy. Utworzone fantomy można wykorzystać do wzmocnienia dMRI, co pomoże w badaniu chorób neurologicznych, takich jak stwardnienie rozsiane, choroba Parkinsona i choroba Alzheimera.
Mimo iż badanie przeszło etap tzw. dowodu koncepcji (proof of concept), dużym problemem jest zwiększenie skali nowej metody.