Mozak je možda najosetljiviji organ u pogledu promena u protoku krvi i snabdevanju kiseonikom. Čak i kratki prekidi u kapilarnom protoku (ili „zastoj“) mogu ukazivati na akutne neurološke probleme; dokazi sugerišu da su hronična stanja poput Alchajmerove i Parkinsonove bolesti usko povezana sa događajima koji odugovlače. Stoga bi istraživanje efekata odugovlačenja moglo dovesti do razvoja terapija za takve poremećaje.
Međutim, uprkos ogromnom napretku u medicinskom imidžingu u poslednjih nekoliko decenija, identifikacija zastoja u kapilarima ostaje ogroman izazov. Optička koherentna tomografija (OCT) je trenutno najbolja dostupna metoda za praćenje kapilara u maloj zapremini. Ali ovaj pristup pati od loše vremenske rezolucije, što znači da može da uhvati samo događaje koji dugo odlažu. Takođe, analiza podataka prikupljenih preko OCT-a za određivanje događaja odugovlačenja zahteva obiman ručni rad.
U nedavnoj studiji objavljenoj u Neurophotonics, istraživački tim predvođen dr Džonom Giblinom sa Univerziteta u Bostonu pokušao je da se pozabavi ovim pitanjima. Koristeći prilagođenu postavku, istraživači su pokazali potencijal tehnike nazvane dvofotonska mikroskopija Beselovog zraka za dobijanje volumetrijskih slika moždanih kapilara. Pored toga, tim je predložio inovativni pristup analizi za poluautomatsku identifikaciju zastoja.
Ali šta je dvofotonska mikroskopija Beselovog zraka? Dvofotonska mikroskopija, široko korišćeni modalitet snimanja, koristi lasersko svetlo da pobuđuje fluorescentne molekule unutar uzorka. Za emisiju svetlosti mora doći do istovremene kolizije dva fotona sa fluorescentnim molekulom, što može u velikoj meri smanjiti pozadinsku buku. Dalje, korišćenje Beselovog zraka, vrste laserskog zraka sa jedinstvenom distribucijom intenziteta koja mu omogućava da ostane fokusiran u uskom prostoru na relativno velikim udaljenostima, čini tehniku još obećavajućim.
Zahvaljujući ovom pristupu, istraživači su mogli da dobiju jasne slike svih kapilara u zapremini od 713 × 713 × 120 μm 3 otprilike svake dve sekunde. Na ovim slikama, zastoj se može otkriti na jednostavan način fokusiranjem na kretanje crvenih krvnih zrnaca, koje se pojavljuju kao senke. Ako ćelije ostanu na istoj lokaciji unutar kapilare dva ili više uzastopnih okvira, to znači da je protok krvi unutar kapilare zastao.
U poređenju sa OCT-om, predloženi pristup koji koristi dvofotonsku mikroskopiju Beselovog zraka mogao bi da generiše slike mnogo brže, pružajući bolju vremensku rezoluciju. Međutim, veća količina podataka proizvedenih ovim podešavanjem samo je pogoršala problem analize podataka. Tako je tim došao do metode da olakša identifikaciju događaja koji odugovlače.
Predložena procedura analize zasniva se na činjenici da bi intenzitet duž kapilare koja je zastala na dvofotonskoj slici ostao relativno nepromenjen. Istraživači su primenili algoritam za izračunavanje korelacije intenziteta između okvira za pojedinačne kapilare; visoka korelacija implicira da je kapilara zastala. Vizuelizacijom izračunate korelacije umesto sirove slike intenziteta, istraživači su otkrili da je mnogo lakše i brže da identifikuju događaje odugovlačenja.
Tim je testirao svoju tehniku poluautomatske analize podataka kroz in vivo eksperimente na miševima kako bi istražio promene u zastoju pre i posle moždanog udara. Predložena strategija je prepolovila vreme potrebno za analizu. Štaviše, vizuelizacija korelacije intenziteta pokazala se pouzdanijom za otkrivanje zastoja nego „slepo“ posmatranje sirovih slika. Za razliku od OCT-a, ova strategija snimanja je takođe bila sposobna da otkrije kratke događaje odugovlačenja.
Štaviše, dvofotonska mikroskopija Beselovog zraka omogućava procenu prečnika krvnih sudova na osnovu intenziteta fluorescencije. Da bi prikazali ovu osobinu, istraživači su istraživali odnos između zastoja i arterijskih dilatacija, otkrivajući da uvećani sudovi mogu privremeno smanjiti zastoje.
Pridruženi urednik neurofotonike Ji Ji, profesor oftalmologije i biomedicinskog inženjerstva na Univerzitetu Džons Hopkins, napominje: „Zajedno, nalazi ove studije pokazuju moć dvofotonske mikroskopije Besselovog zraka za istraživanje zamršenog rada cirkulatornog sistema mozga i njegove implikacije na neurološko zdravlje.“ Nadamo se da će u bliskoj budućnosti potpuno automatizovane metode za otkrivanje odugovlačenja pomoći naučnicima da istraže, dijagnostikuju i procene lečenje bolesti mozga.
