Evaluation of glucoCEST MRI for assessing cerebral glucose hypometabolism in patients with Alzheimer’s disease

يعد مرض الزهايمر حالة تنهش العقل ببطء، مما يؤثر على الذاكرة واللغة والقدرة على ممارسة تفاصيل الحياة اليومية. ومن العلامات المميزة لهذا المرض، والتي تظهر قبل فترة طويلة من ظهور الأعراض الشديدة، هي توقف الدماغ عن استخدام الجلوكوز بكفاءة. فالجلوكوز هو الوقود الأساسي لخلايا الدماغ، وعندما ينخفض استهلاك هذا الوقود في مناطق معينة، فإن ذلك يشير إلى أن الدماغ يعاني. وفي الوقت الحالي، فإن الطريقة الأكثر موثوقية لرؤية هذا الانخفاض في استخدام الوقود هي فحص يُعرف باسم فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET scan). يتضمن هذا الاختبار حقن كمية ضئيلة من السكر المشع في مجرى الدم. ومع امتصاص خلايا الدماغ لهذا السكر المشع، تلتقط الكاميرا الإشعاع وتنشئ خريطة توضح أين ينشط الدماغ وأين يتضور جوعاً. ورغم أن هذه الطريقة تعمل بشكل جيد، إلا أن لها عيوباً كبيرة: فالأجهزة باهظة الثمن، والمواد المشعة ليست متوفرة دائماً، كما أن التعرض للإشعاع يعني أنه لا يمكن تكرار الاختبار بشكل متكرر، مما يحد من استخدامه لمراقبة المرضى بمرور الوقت.

لطالما أمَل العلماء في إيجاد طريقة لرؤية نشاط الجلوكوز نفسه باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) القياسي. وبخلاف فحوصات PET، لا يستخدم الرنين المغناطيسي الإشعاع وهو متاح على نطاق واسع في المستشفيات. تحاول تقنية أحدث تسمى "glucoCEST" القيام بذلك من خلال جعل المريض يتناول محلولاً سكرياً ثم استخدام جهاز الرنين المغناطيسي للكشف عن السكر أثناء انتقاله عبر الدماغ. والفكرة هي أنه إذا لم يكن الدماغ يستخدم السكر بشكل صحيح، فإن إشارة الرنين المغغناطيسي ستتغير بطريقة تكشف عن المشكلة. وسيكون هذا النهج بمثابة طفرة كبرى إذا نجح، حيث سيوفر طريقة آمنة، وقابلة للتكرار، وأرخص ثمناً لتشخيص وتتبع مرض الزهايمر. ومع ذلك، فإن تحويل هذه الفكرة إلى واقع ملموس أثبت صعوبته، حيث إن الإشارة الناتجة عن السكر في الدماغ ضعيفة للغاية ويُسهل فقدانها وسط ضجيج الفحص.

وفي دراسة حديثة، سعى الباحثون لاختبار ما إذا كان بإمكان طريقة الرنين المغناطيسي هذه اكتشاف مستويات الجلوكوز المنخفضة التي تظهر لدى مرضى الزهايمر. وقد استعانوا بثمانية عشر شخصاً تم تشخيص إصابتهم بالزهاיםر، وثمانية عشر شخصاً معافى من نفس الفئة العمرية والخلفية. خضع جميع المشاركين لسلسلة من الفحوصات باستخدام جهاز رنين مغناطيسي قياسي بقوة 3 تسلا، وهو النوع من الماسحات عالية القدرة الموجودة في معظم المستشفيات. بدأت العملية بفحص أساسي لقياس الحالة الطبيعية للدماغ. ثم تناول المشاركون محلولاً يحتوي على 75 جراماً من "D-glucose"، وهو شكل من أشكال السكر. وبعد شرب المحلول، أجرى الباحثون مجموعة ثانية من الفحوصات لمعرفة ما إذا كان بإمكان الرنين المغناطيسي اكتشاف السكر أثناء دخوله إلى الدماغ. وللتحقق من نتائجهم، خضع المرضى المصابون بالزهايمر أيضاً لفحص PET الإشعاعي القياسي، والذي يعمل كمعيار ذهبي للمقارنة.

كانت النتائج واضحة ومخيبة للآمال نوعاً ما لأولئك الذين كانوا يأملون في استبدال فوري لفحوصات PET. فقد وجد الباحثون أن تقنية الرنين المغناطيسي، رغم تحسينها في المختبر باستخدام محاليل سكرية، فشلت في إظهار أي فرق جوهري بين أدمغة المرضى المصابين بالزهايمر والمجموعات الضابطة المعافاة. وسواء كان النظر في مقدمة الدماغ أو جانبه أو خلفيته، ظلت إشارات الرنين المغناطيسي متطابقة تقريباً لكلا المجموعتين. علاوة على ذلك، لم تظهر الفحوصات أي تغيير ملموس في الإشارة بعد تناول المشاركين للسكر، مما يعني أن الجهاز لم يستطع تتبع حركة الجلوكوز بوضوح داخل أنسجة الدماغ. ويشير هذا الافتقار إلى التغيير إلى أن الطريقة الحالية ليست حساسة بما يكفي لالتقاط الاختلافات الأيضية الدقيقة التي تحدد المرض.

في المقابل، حكت فحوصات PET التي أُجريت على نفس المرضى قصة مختلفة. فقد أظهرت هذه الصور بوضوح أن مرضى الزهايمر لديهم انخفاض ملحوظ في امتصاص الجلوكوز في منطقتي الجداري والصدغي من الدماغ مقارنة بالمناطق الجبهية. وهذا النمط من انخفاض استخدام الوقود في مناطق محددة هو بالضبط ما يتوقعه الأطباء في مرض الزهايمر. كما ربطت نتائج PET مباشرة بالأداء العقلي للمرضى؛ حيث سجل أولئك الذين لديهم نشاط جلوكوز منخفض في هذه المناطق الدماغية تحديداً درجات أسوأ في الاختبارات المعرفية. وقد أكد هذا أن فحص PET كان ينجح في اكتشاف الواقع البيولوجي للمرض، بينما كان فحص الرنين المغناطيسي يفتقده تماماً.

وعندما قارن الباحثون بين نوعي الصور جنباً إلى جنب، وجدوا عدم وجود اتفاق بينهما. فالمناطق التي بدت سليمة في الرنين المغناطيسي لم تكن بالضرورة سليمة في فحص PET، والعكس صحيح. ويشير هذا الافتقار إلى الاتصال إلى أن إشارة الرنين المغناطيسي لا تعكس حالياً نفس العمليات الأيضية التي يقيسها فحص PET. كما استكشف البحث ما إذا كانت خوارزميات الكمبيوتر المتقدمة، المعروفة باسم تعلم الآلة، يمكنها إيجاد أنماط خفية في بيانات الرنين المغناطيسي قد تغفل عنها العين البشرية. وبينما استطاعت هذه النماذج الحاسوبية التمييز بين المرضى والأصحاء بدقة متوسطة، إلا أن الأداء انخفض بشكل كبير عندما اقتصر التحليل على المادة الرمادية في الدماغ، وهي المنطقة التي يحدث فيها المرض بشكل أساسي. وهذا يشير إلى أن الكمبيوتر كان يلتقط على الأرج likely سمات أخرى للدماغ بأكمله بدلاً من عملية أيض الجلوكوز المحددة التي يحاول الباحثون قياسها.

ويخلص المؤلف إلى أنه على الرغم من جاذبية مفهوم استخدام مشروب سكري وجهاز رنين مغناطيسي لتشخيص الزهايمر، إلا أن التكنولوجيا الحالية ليست جاهزة بعد للاستخدام السريري. وتشير الدراسة إلى أن الإشارة الناتجة عن الجلوكوز ضعيفة جداً بحيث لا يمكن اكتشافها بشكل موثوق مقابل الضجيج الخلفي للدماغ عند قوة ماسحات المستشفيات القياسية. وقد ساهمت عدة عوامل في هذه النتيجة، بما في ذلك صعوبة إبقاء المرضى في حالة سكون تام أثناء الفحص، والاختلافات الطبيعية في كيفية امتصاص الناس للسكر، وحقيقة أن أنسجة الدماغ لدى مرضى الزهايمر تنكمش غالباً، مما يجعل الحصول على قراءة واضحة أمراً صعباً. ويشير الباحثون إلى أن دراسات سابقة في مجالات أخرى، مثل تصوير السرطان، استخدمت الحقن الوريدي للجلوكوز بدلاً من شربه، مما قد يوفر إشارة أقوى. كما يقترحون أن استخدام ماسحات أكثر قوة، مثل تلك التي تعمل بقوة 7 تسلا، قد يجعل هذه التقنية قابلة للتطبيق في النهاية. أما في الوقت الحالي، فإن الدراسة تشير إلى أن تقنية glucoCEST عبر الرنين المغناطئي عن طريق الفم لا يمكنها بعد استبدال فحص PET الإشعاعي لتقييم أيض الجلوكوز في مرض الزهايمر.