Badania przedkliniczne na modelach zwierzęcych mają kluczowe znaczenie dla lepszego zrozumienia chorób układu sercowo-naczyniowego. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat nieinwazyjne badania wykorzystujące jako model małe zwierzęta dostarczyły wiedzy o mechanizmach rozwoju tych chorób.
Fotoakustyczna tomografia komputerowa (PACT) to nowa technika obrazowania serca, która łączy funkcjonalny kontrast optyczny uzyskany dzięki przenikającemu tkanki światłu lasera i wysoką rozdzielczość przestrzenną dzięki detekcji akustycznej. Jednak większość istniejących prototypów urządzeń PACT nie znalazła zastosowania przy nieinwazyjnym obrazowaniu serca.
Teraz zespół naukowców kierowany przez profesorów Lihonga V. Wanga z Caltech Optical Imaging Laboratory (California Institute of Technology, USA) oraz Tzunga K. Hsiai (Department of Bioengineering and the Division of Cardiology, Department of Medicine, UCLA) zaprezentował trójwymiarowe obrazy bijącego serca żywego szczura uzyskane przy użyciu niedawno opracowanego trójwymiarowego PACT (3D-PACT).
Po trwającym 10 sekund skanowaniu udało się zrekonstruować serię obrazów serca w oparciu o bramkowanie czasowe (time gating). Metoda 3D-PACT znacznie poprawia wyrazistość obrazu i rejestruje różnice w strukturze serca pomiędzy szczurami otyłymi i kontrolnymi: wielkość komory, grubość ściany mięśnia sercowego i przepływ wewnątrzsercowy. Co więcej, 3D-PACT jest w stanie rejestrować różnice dotyczące przepływu krwi w aorcie, tętnicach płucnych oraz lewej i prawej tętnicy wieńcowej szczurów zdrowych, otyłych i z nadciśnieniem.
Aby rozwiązać problem zniekształceń akustycznych powodowanych przez żebra i pęcherzyki płucne otaczające serce, autorzy zastosowali wykrywanie sygnałów fotoakustycznych z wielu kątów widzenia.
Jednym z największych wyzwań w wolumetrycznym obrazowaniu serca jest bicie serca. Analiza zmian zachodzących podczas skurczu i rozkurczu dostarcza wielu informacji, ale związany z tym ruch powoduje rozmycie obrazu. Problem artefaktów związanych z ruchem udało się rozwiązać uwzględniając dane z elektrokardiogramu (EKG).
3D-PACT, wraz z synchronizacją wspomaganą EKG pozwala nieinwazyjnie zobrazować anatomię i hemodynamikę serca szczura. Światło lasera o długości fali 1064 nm (podczerwień) i równomierne oświetlenie ułatwiają głęboką penetrację całego serca.
„3D-PACT to otwarta platforma obrazowania do badań przedklinicznych, pozwalające jednocześnie obrazować anatomię i funkcjonowanie serca. W porównaniu z uznanymi metodami obrazowania, PACT serca oferuje dodatkowe informacje związane z fizjologią przy dużej szybkości i rozdzielczości obrazowania, ale bez potrzeby stosowania promieniowania jonizującego lub inwazyjności, co czyni PACT obiecującym narzędziem do obrazowania serca noworodków” – prognozują autorzy badań (DOI10.1038/s41377-022-01053-7).(PAP)