In vivo Cardiac Metabolic Imaging
- Reference number
- ICA12-0063
- Start and end dates
- 130901-180228
- Amount granted
- 3 000 000 SEK
- Administrative organization
- Karolinska Institutet
- Research area
- Life Science Technology
Summary
Cardiovascular disease (CVD) remains the leading cause of death worldwide and the costs due to CVD are increasing. Early detection and correct treatment of CVD is therefore important and research on cardiovascular magnetic resonance (CMR) for imaging of myocardial viability, perfusion and contractility has been intensified. However, data on metabolic changes associated with CVD are difficult to obtain in-vivo due to the low inherent sensitivity of CMR. With the advent of hyperpolarization methods, which provides a several orders of magnitude increased signal, an opportunity for probing metabolism in the in-vivo heart has emerged. This can provide detailed insight into the dynamics of the Krebs cycle in vivo, however, the short-lived hyperpolarization demands imaging with high scan efficiency during a short time window. The objective of this research proposal is to develop in vivo cardiac metabolic imaging by exploiting and furthering latest technology developed for rapid CMR and carbon hyperpolarization to unify perfusion, metabolism and functional imaging of the heart and apply in a study of ischemia and reperfusion in an animal model. This non-invasive single-modality imaging approach offers intriguing possibilities to study the correlation of energy supply, conversion and work of the heart under normal and ischemic conditions. The opportunity to image metabolic mechanisms in vivo opens new prospects for research in a vast range of areas in cardiac physiology.
Popular science description
Hjärt- och kärlsjukdomar är fortfarande den vanligaste dödsorsaken i världen. Trots att dödligheten minskar tack vare framsteg inom forskningen så ökar tvärt om samhällets kostnader för dessa sjukdomar då befolkningen blir allt äldre och fler drabbas av hjärt- och kärlsjukdomar. Det är således viktigt att hitta sjukdomarna tidigt, och att sätta in rätt behandling. För att nå det målet ökar användningen av avancerad mätapparatur som magnetkamera, och hjärtundersökningar ändras från att enbart mäta anatomi till att även mäta hjärtats funktion. Hjärtats metabolism, eller ämnesomsättning, spelar en stor roll i funktionen hos hjärtat, och gör bland annat att muskelcellerna kan omvandla blodsocker till energi som de kan använda för att dra ihop sig. Metabolism är en viktig komponent i sjukdomarna och framförallt vid syrebrist som ligger bakom hjärtinfarkter. Vid bristen på syre ändrar sig muskelcellens metabolism kortsiktigt till att använda alternativa bränslekedjor. Genom att mäta metabolismen i hjärtmuskeln kan man få insyn i vad som händer i sjukdomsförloppen. I teorin kan man med magnetkamera mäta metabolism med hjälp av spektroskopi där de olika produkterna från metabolismen, som till exempel mjölksyra, framträder med olika frekvens. I praktiken är det dock mycket svårt att mäta detta i slående hjärtan då det rör sig om ytterst svaga signaler. Det har dock gjorts banbrytande upptäckter inom så kallad hyperpolarisering där signalen hos vissa ämnen kan förstärkas med en faktor över 30 000. En begränsning med den här tekniken är att signalförstärkningen är kortlivad och efter ett par minuter är den nästan helt borta. Vill man använda den här tekniken är man alltså tvungen att ta bilder med magnetkameran inom ett kort tidsfönster vilket innebär att man måste använda sig av mycket snabba bildtagningssekvenser. Detta projekt innefattar utveckling av snabba bildtagningssekvenser för att kunna mäta hjärtats metabolism. Denna teknik kommer sedan appliceras för att studera förändringar i genomblödning, metabolism och sammandragning vid tillfällig tillslutning och öppning av kranskärl i djurförsök. För att uppnå hög upplösning i bilden och kunna skildra subtila tidsförlopp byggs det vidare på den senaste generationen av teknik för insamling och rekonstruktion. Med denna teknik för att mäta metabolism i slående hjärtan öppnas ett helt nytt fält för att studera hjärtats funktion, och att kunna mäta, förutsäga, och följa hjärtsjukdomar i patienter.