RM 7T - Istituto Neurologico Carlo Besta

Laboratorio di Risonanza Magnetica sperimentale 7T
Il laboratorio di Risonanza Magnetica sperimentale 7T è una facility dedicata alla ricerca traslazionale
nel campo delle neuroscienze.
La Risonanza Magnetica per Immagini (MRI) è una modalità di imaging non invasivo che permette di
ottenere immagini bi- e tridimensionali delle strutture superficiali e profonde del corpo umano ad alta
risoluzione, fornendo informazioni strutturali e funzionali.
Attualmente la Risonanza Magnetica è largamente impiegata nella ricerca clinica e preclinica, con un
ruolo fondamentale nella diagnosi delle patologie neurologiche e nel campo delle neuroscienze per
approfondire la comprensione degli aspetti anatomo-funzionali del sistema nervoso e valutare
l’efficacia delle moderne strategie terapeutiche.
Il laboratorio è fornito di uno scanner MRI preclinico ad alto campo magnetico (BioSpec 70/30 USR,
Bruker). La combinazione di un alto campo magnetico e di sistemi di gradienti altamente performanti
permette di ottenere un aumentato rapporto segnale-rumore e un’elevata risoluzione spaziale (fino a 50
µm). Sono disponibili bobine di volume e di superficie sviluppate per specifiche applicazioni
precliniche. La flessibilità dello strumento permette di svolgere studi in vitro (cellule), ex vivo
(campioni autoptici e chirurgici) e in vivo (modelli animali di patologie neurologiche). L’attenzione
alle condizioni di salute dell’animale è un elemento cruciale nella ricerca preclinica. I parametri
fisiologici sono monitorati attraverso dispositivi dedicati durante l’intera sessione d’esame e gli studi
sperimentali sono progettati per evitare procedure stressanti e ridurre il tempo di permanenza degli
animali nel magnete.
Al fine di fornire strumenti tecnologicamente avanzati per la ricerca preclinica, uno degli obiettivi del
laboratorio è lo sviluppo di tecniche innovative per l’acquisizione e il post-processing dei dati.
Attualmente il gruppo di lavoro del laboratorio è composto da 2 fisici e 2 bioingegneri e ha acquisito
competenze nelle seguenti tecniche e applicazioni:
i.
Immagini pesate in T1, T2, T2* e densità protonica per studiare la struttura e la morfologia del
sistema nervoso centrale in condizioni fisiologiche e patologiche.
ii. Studi di angiografia, perfusione (DynamicSusceptibilityContrast e Arterial Spin Labelling) e
permeabilità (DynamicContrast-Enhanced MRI) per indagare i meccanismi vascolari coinvolti
nelle patologie cerebrali.
iii. Risonanza Magnetica pesata in Diffusione (Diffusion-Weighted Imaging, DiffusionTensor
Imaging e modelli multi-compartimentali) per ottenere informazioni circa la microstruttura e le
alterazioni microstrutturali del sistema nervoso.
iv.
v.
Studi di Spettroscopia a Risonanza Magnetica per analizzare i profili metabolici caratteristici
delle malattieneurologiche.
Imaging molecolare e cellulare (19F MRI, Manganese-Enhanced MRI, MRI con agenti di
contrasto basati su ossidi di ferro) per il cell-trackinginvivo.
La ricerca moderna, in particolare nel campo delle neuroscienze, richiede un gruppo multidisciplinare
di ricercatori con differenti formazioni (biologia, chimica, fisica, ingegneria, computer science, ricerca
clinica). Per questo motivo il gruppo del laboratorio 7T collabora con ricercatori appartenenti a diverse
unità operative dell’Istituto e ad altri istituti di ricerca a livello nazionale e internazionale. A titolo
esemplificativo, quest’attività di collaborazione multidisciplinare ha portato alla realizzazione di un
atlante trattografico del cervello di ratto sano.
Experimental 7T MRI Laboratory
The experimental 7T Magnetic ResonanceImaging (7T-MRI) Laboratory is atechnological facility
addressedto improve translational research in neuroscience.
MRI is a non-invasive imaging modality for 2-dimensional and 3-dimensional images through the
whole body without penetration depth limits and with high spatial resolution providing multimodal
(structural and functional) information about the organ under investigation.
Nowadays MRI is widely used in clinical and preclinical research, playing an important role in the
diagnosis of neurological disorders and in the field of neuroscience research to improve the
understanding of anatomo-functional aspects of the nervous system and to evaluate the efficacy of
modern therapeutic strategies.
The laboratory is equipped with a preclinical high field 7T MRI system (BioSpec 70/30 USR, Bruker).
The high magnetic field strength, combined with a high-performance gradient system, allows an
increased signal-to-noise ratio and an improved spatial resolution (up to 50 µm). Volume and surface
coils are available for specific preclinical applications. The flexibility of the instrument allows
investigations on cell and tissue cultures, surgical specimens and animal models of different
neurological disorders. The animal health and safety is always a major concern in preclinical
research.The relevant physiological parameters are monitored during the whole experimental session
by dedicated devices and the experimental studies are designed in order to avoid stressful procedures
and to reduce the acquisition time.
In order to support preclinical research with high performance tools, the laboratory is also addressed to
develop innovative methods for acquisition and post-processing of MRI data.
Currently the laboratory team is composed by 2 physicists and 2 bioengineers and has gained
competence with the following techniques:
i.
T1-, T2-, T2* and proton density-weighted images to investigate structure and morphology of the
healthy and pathological brain and spinal cord.
ii.
iii.
iv.
v.
Angiography, perfusion (Dynamic Susceptibility Contrast and Arterial Spin Labelling) and
permeability (Dynamic Contrast-Enhanced) MRI to studythe vascular mechanisms involved in
cerebral diseases.
Diffusion MRI (Diffusion-Weighted Imaging, Diffusion Tensor Imaging and multicompartment models) to probethe microstructure and microstructural alterations of the nervous
system.
Magnetic Resonance Spectroscopy to study the metabolic pathways of neurological diseases.
Molecular and cellular imaging(19F MRI, Manganese-Enhanced MRI,MRI with iron oxidebased contrast agents) for invivo cell tracking.
Modern research, particularly in the field of neuroscience, requires a multidisciplinary team of
researchers from different areas (biology, chemistry, physics, bioengineering, computer science,
clinical research).For this reason the dedicated team actively and successfully cooperate with different
research teams inside the Besta Institute as well as with other national and international Universities
and research institutions. For example, this multidisciplinary collaboration led to the realization of a
tractographic atlas of the healthy rat brain.

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