近日，Im体育官方版app下载物理与电子科学学院上海市磁共振重点实验室姚叶锋、魏达秀研究团队、复旦大学王鹤教授研究团队，与西门子医疗合作，成功研发出一种用于靶向检测活体人脑中重要神经递质分子γ-氨基丁酸(GABA)的新型磁共振分子成像技术。该技术可在现有3T和7T医学成像仪上使用，有望成为对人脑中GABA分子进行无创精准检测的一种有效的分子成像技术。
GABA是一种与很多精神疾病（如，精神分裂症、重度抑郁症等）有密切关系的抑制性神经递质分子。由于活体人脑中GABA分子含量低、所处微观环境复杂，现有技术很难高效、准确检测活体人脑中GABA分子的信号。目前，临床上唯一一种能对人脑中GABA分子进行无创有效检测的技术是一种称为MEGA-PRESS/sLASER的磁共振谱编辑方法。不过，该方法灵敏度低，同时还易受到很多实验因素的影响，检测结果存在准确性低和稳定度不佳等问题。如何高效、准确检测活体人脑中GABA分子含量和分布一直是分子神经科学和磁共振科学研究中非常具有挑战性的难题。
图1. GABA分子靶向磁共振脉冲序列示意图。
图1为研究团队所研发的GABA分子靶向磁共振脉冲序列方法。在该序列方法中，研究团队针对常规方法难以精准操控GABA分子核自旋耦合体系的特点，研发了可以对复杂多自旋耦合体系进行精确操控的优化控制脉冲序列。利用所研发的新型脉冲序列，研究团队实现了对GABA分子核自旋耦合体系演化过程的完全、精准操控，大幅提升了对GABA分子信号的检测灵敏度，最终实现了对活体人脑中GABA分子磁共振信号的靶向高灵敏检测。
图2. a) 人脑的1H T1加权像。位于健康受试者背侧前扣带皮层(dACC)的灰色方块是靶向波谱所检测的体素位置；b) 常规1H 磁共振波谱；c) 使用研究团队研发序列方法(GABA-MRS-7T)获取1H 磁共振波谱；d) 使用现有方法，MEGA-sLASER，获取1H磁共振波谱。蓝线为相应区域的放大图，放大倍数为8。波谱检测区域都为图2a中灰色方块所示区域，除脉冲序列方法不同外，其他实验条件完全相同。
为了验证图1所示脉冲序列方法对GABA分子的1H MR信号的靶向选择性，研究团队应用图1所示脉冲序列，对健康受试者背侧前扣带皮层(dACC)中的GABA分子的1H 磁共振信号进行观测，并将获得的分子靶向波谱与两者常规方法获得的活体波谱进行了对比。图2b为人脑常规1H 磁共振波谱。该谱图中众多不同频率的磁共振信号来源于人脑中十多种生化分子。由于GABA分子含量低，其磁共振信号被其它高浓度代谢物分子的1H 磁共振信号所掩盖，很难从谱图中识别。图2c为利用图1所示脉冲序列所获得的GABA分子靶向波谱。该谱图中只存在位于2.28 ppm的GABA分子磁共振信号，其他分子信号都被显著压制或消除，很好地展现出图1所示脉冲序列对GABA分子信号的靶向选择性。
为了展示图1所示脉冲序列方法对GABA磁共振信号检测具有很高的灵敏度，图2d显示了应用目前临床所用MEGA-sLASER方法所获取1H 磁共振波谱。该方法采集GABA分子在3.01 ppm的信号。比较图2c和图2d可以看出，利用图1所示脉冲序列方法获得的GABA信号远强于用MEGA-sLASER方法获得的GABA信号，清晰地表明图1脉冲序列方法比MEGA-sLASER方法具有更高的检测灵敏度。
利用上述研究工作所研发的新型分子靶向脉冲序列，研究人员可以对人脑内GABA分子进行精准靶向观测，解决了长期以来人脑中GABA分子无法精准观测的难题。将该方法应用于人脑队列研究，将有可能提供人脑中GABA分子的含量和分布情况。这对分子神经科学和GABA相关脑类疾病精准诊断都具有重要的意义。
Journal of Magnetic Resonance Imaging刊发该项研究成果
相关研究以“Selectively probing the magnetic resonance signals of γ-aminobutyric acid in human brains in vivo”为题在线发表于著名医学磁共振期刊 Journal of Magnetic Resonance Imaging (DOI: 10.1002/jmri.28853)，Im体育官方版app下载为该工作的第一完成单位，Im体育官方版app下载博士生杨雪为第一作者，复旦大学博士生刘颖为共同第一作者。
该研究得到了Im体育官方版app下载幸福之花基金和国家自然科学基金等的资助。
附：
论文链接：https://doi.org/10.1002/jmri.28853
来源｜物理与电子科学学院、科技处 编辑｜张雨璐 编审｜郭文君
