ИСТИНА

Проект посвящен разработке современных диагностических технологий в доклинической и клинической медицине в области пульмональной магнитно-резонансной томографии (МРТ). Важность выбранного направления исследований обусловлена тем, что применяемые на сегодняшний день методы диагностики заболеваний в легких используют вредное ионизирующее излучение. Напротив, методы МРТ являются безопасными для организма и могут применяться не только для обследования мягких тканей, но и для диагностики состояния легких. При этом важно получать не только структурные изображения легких, но и изображения, представляющие функциональную информацию об их состоянии – вентилируемости, перфузии легочных тканей и газообмена. Структурные изображения могут быть получены с помощью протонной (1H) МРТ, а функциональные изображения - с помощью фторной (19F) МРТ. Эти методики пока не вошли в клинику, но их перспективность очевидна. В данном проекте мы определим наиболее эффективную методику диагностики заболеваний в легких, а также разработаем новые методы получения функциональной информации об их состоянии.

Respiratory system pathologies are the leading cause of death and disability worldwide. The outbreak of coronavirus infection (COVID-19), which also affects the lungs, only aggravate the situation. The most common method in clinical practice for diagnosing pathologies of the respiratory system is the computed tomography (CT). However, CT uses harmful ionizing radiation, and its use in pediatrics, as well as in cases where systematic monitoring of the course of the disease and its treatment is required, is not desirable. Therefore, it seems expedient to search for new methods for the diagnosis of lung diseases. For these purposes, we propose to use the methods of magnetic resonance imaging (MRI), which are safe for the organism. Progress in pulmonary MRI is primarily associated with an assessment of the functional state of the lungs, using specific inhalation mixtures containing inert gases - hyperpolarized (HP) or fluorinated gases. Recently, the use of HP gases for the diagnosis of lung pathologies is impossible, since the production of the HP state of the gas, as well as the delivery of such HP gas to the patient, is too laborious and expensive procedure. However the use of fluorinated gases for these purposes is affordable and promising. Up to day, in pulmonary MRI two fluorinated gases are often used – sulfur hexafluoride (SF6) and perfluoropropane (C3F8). These gases contain a sufficient number of magnetically equivalent fluorine-19 (19F) atoms to be detected by 19F MRI. However, characteristics of these gases are not ideal for lung imaging - relaxation times are too short, which makes the 19F MRI to be possible only when using ultrafast pulse sequences, and sometimes even impossible, for example, when working in weak magnetic fields. We propose to use the gas octafluorocyclobutane (OFCB, C4F8) for lung imaging, since it is more sensitive to 19F MRI. Using OFCB in this project as inhalation gas, we plan to develop new 19F MRI methods aimed at assessing the functional state of the lungs - its ventilation and perfusion. Up to day, proton (1H) MRI is also very promising and being developed for the diagnosis of lung diseases. The most famous methods are: dynamic contrast-enhanced MRI, Fourier decomposition, oxygen-enhanced MRI and phase-resolved functional lung imaging. In this project, we will test each of these methods and choose the most effective among them. Modern scan methods, improving technologies and demonstrating the effective capabilities of MRI open up great prospects for the medical diagnosis of lung diseases. The main advantage of MRI is safety, which means that if it becomes possible to successfully diagnose by MRI at least a few lung pathologies (for example, fibrosis and pneumonia), it will significantly improve the medical diagnosis of respiratory diseases. MRI techniques can also become an indispensable tool in monitoring the progression of coronavirus infection.

В результате выполнения проекта на доклиническом и клиническом МР томографах будут апробированы существующие передовые методы в области пульмональной 1Н и 19F МРТ, а также новые оригинальные методы, направленные на выявление функционального состояния легких - их перфузии и вентилируемости. Для реализации ожидаемых результатов прежде всего будет проведена работа по сопоставлению контрастных свойств фторированных газов, применяемых в 19F МРТ исследованиях легких in vivo. Наиболее эффективный из них будет использоваться в дальнейших 19F МРТ исследованиях легких добровольцев и малых лабораторных животных, интактных и с патологиями в легких. Также будет разработана специальная установка по доставке газовой смеси пациенту и ее сбору. Это особенно важно, поскольку фторированные газы являются парниковыми. По окончанию проекта мы сформулируем основные требования к медицинским МР томографам для реализации на них адаптированных и разработанных методов диагностики состояния легких и сопоставим полученные результаты с данными КТ, учитывая информативность изображений и их разрешающую способность.

За время своей научной деятельности представленный в данной заявке коллектив исполнителей активно развивает различные направления в мультиядерной МР томографии и спектроскопии. Это стало возможным благодаря наличию в МГУ двух МР томографов с открытым программным обеспечением – медицинского клинического 0.5 Тл МР томографа (главный оператор-исследователь Анисимов НВ) и научно-исследовательского 7 Тл МР томографа (главный оператор-исследователь Гуляев МВ). Особенно активно на данных МР томографах проводились и проводятся исследования на ядрах фтора-19 (начиная с 2014 года). Результаты проведенных исследований отражены в более, чем 20 публикациях в высокорейтинговых зарубежных и российских журналах первого и второго квартилей цитирования. Среди них можно выделить наши работы, в которых была показана высокая эффективность использования газа октафторциклобутан (ОФЦБ) для 19F МРТ легких. Особо следует отметить работу [Pavlova OS, Anisimov NV, Gervits LL et al. 19F MRI of human lungs at 0.5 Tesla using octafluorocyclobutane. Magn Reson Med. 2020;84:2117-2123. https://doi.org/10.1002/mrm.28270], в которой мы впервые продемонстрировали возможность визуализации легких человека при использовании ОФЦБ в качестве контраста на 0.5-Тл МР томографе.