Quando si tratta di farsi un'idea chiara di ciò che accade all'interno del corpo di una persona, pochi dispositivi medici sono utili quanto uno scanner PET. PET sta per tomografia ad emissione di positroni, ma in poche parole, implica l'uso di positroni radioattivi o particelle cariche positivamente, per rilevare il funzionamento di parti del corpo. Un'area di maggiore attività metabolica o chimica, come la divisione delle cellule tumorali, apparirà su un'immagine colorata.
Molto spesso le scansioni PET sono prescritte per vedere se il cancro si è diffuso o se un tumore è diminuito, ma sono anche usati per diagnosticare malattie cardiache e neurologiche. In realtà, questo tipo di imaging di solito è in grado di rilevare i cambiamenti nel corpo prima di test come scansioni TC o risonanza magnetica. Ecco perché si pensa che le scansioni PET potrebbero essere in grado di individuare in anticipo le condizioni del cervello, come il morbo di Alzheimer.
Ma ecco la complicazione. Chiunque abbia avuto una scansione PET sa che sebbene non sia una procedura invasiva, non è anche un'esperienza particolarmente piacevole. Una volta che il tuo corpo è posizionato all'interno di un grande buco nella macchina, mentre viene eseguita una scansione, devi rimanere molto fermo, spesso per una mezz'ora, a volte anche un'ora, a seconda di quale parte del tuo corpo è digitalizzata.
Essere costretti a rimanere immobili per così tanto tempo può essere particolarmente difficile per le persone anziane. Misura anche l'attività cerebrale in una situazione artificiale, quando una persona non sta facendo nulla, inclusa l'interazione con altre persone.
E se potessi rendere portatile uno scanner PET? E se una persona potesse indossarlo?
Aiuto da un casco
È quello che si chiedeva Stan Majewski. All'epoca era un fisico che lavorava per il Dipartimento dell'Energia (DOE) a Newport News, in Virginia. È specializzato nello sviluppo di sistemi di imaging e rivelatori, quindi è rimasto incuriosito quando ha sentito parlare di un dispositivo inventato da alcuni colleghi in un ufficio DOE a Upton, New York. Lo chiamavano RatCap, ed era uno scanner in PET indossato sulla testa di un topo.
Majewski pensava di poter creare qualcosa di simile per gli umani. Poteva, a suo avviso, avere un grande potenziale nel promuovere la ricerca sui disturbi del cervello, come l'Alzheimer e il morbo di Parkinson. Quindi, ha progettato un casco circondato da un anello di piccoli rivelatori quadrati in PET, quindi ha richiesto un brevetto. Ne ha ricevuto uno nel 2011.
Ha iniziato a lavorare su un prototipo e il suo progetto ha ripreso slancio dopo essere diventato professore di radiologia alla West Virginia University. Un'altra professoressa all'università, Julie Brefczynski-Lewis, neuroscienziata, stava visitando l'ufficio di Majewski quando notò il disegno di una donna su un tapis roulant che indossava un elmetto dall'aspetto strano.
"Cos'è questo?" Gli chiese. Quando Majewski ha spiegato come funzionava e cosa poteva fare, si è impegnata a contribuire a realizzarlo.
Con i soldi assegnati dall'università, sono andati avanti con il prototipo. Quindi, nel 2013, Majewski e Brefczynski-Lewis hanno ricevuto un grande impulso dall'iniziativa BRAIN annunciata dal presidente Obama per sviluppare tecnologie innovative che aiutano a spiegare come funziona il cervello. Insieme ai collaboratori dell'Università della California, di Davis e dell'Università di Washington, e di un team della General Electric, hanno ricevuto una sovvenzione di 1, 5 milioni di dollari per determinare cosa servirà per trasformare il modello di Majewski in uno strumento terapeutico efficace.
PET esegue la scansione in movimento
Brefczynski-Lewis, che ha studiato l'effetto della compassione sul cervello umano, è entusiasta di ciò che può essere appreso attraverso le scansioni cerebrali delle persone in movimento. Anche consentire a qualcuno di sedersi durante la procedura può aiutare a estendere il raggio di ricerca.
"Se una persona è seduta, puoi immaginare che siano in grado di tollerare le lunghissime scansioni necessarie per la ricerca su condizioni come l'Alzheimer o altri disturbi neurologici", dice. "Proprio la scorsa settimana stavamo lavorando con una donna di 80 anni e non avrebbe mai potuto rimanere ferma per 90 minuti, ma era in grado di sedersi su una sedia e muovere la testa, parlare con noi ed essere abbastanza a suo agio. "
Quella capacità di coinvolgere un paziente durante una scansione potrebbe fare una grande differenza nella diagnosi delle condizioni del cervello, secondo Brefczynski-Lewis. "A volte, all'inizio dell'Alzheimer non vedi alcuna differenza, non vedi alcun sintomo", spiega. "Ma c'è una fase in cui se li tassi con carichi di memoria elevati, sei in grado di vedere il sistema reagire in modo diverso nella persona di un Alzheimer rispetto a qualcuno che non continua a sviluppare il morbo di Alzheimer."
Majewski e Brefczynski-Lewis affermano che uno scanner PET portatile potrebbe anche consentire ai ricercatori di monitorare l'attività cerebrale mentre una persona ride, fa esercizio fisico, sperimenta stress o anche quando il paziente è immerso in un ambiente di realtà virtuale. Questo potrebbe, ad esempio, aiutarli a capire meglio cosa sta succedendo nel cervello di una persona autistica in un ambiente sociale o un paziente con ictus che fa esercizi di riabilitazione.
Potrebbe anche esserci un'opportunità per studiare perché alcune persone hanno abilità eccezionali, che si tratti di un atleta di livello mondiale o di un esperto di musica. Il dispositivo, afferma Brefczynski-Lewis, potrebbe fornire informazioni su quali parti del cervello accedono mentre si esibiscono.
Un altro vantaggio del casco portatile è che il livello di esposizione alle radiazioni è molto più basso, circa un decimo del livello di uno scanner PET convenzionale, perché i rilevatori sono così vicini alla testa di una persona. Ecco perché Majewski e Brefczynski-Lewis hanno chiamato il loro dispositivo AM-PET: la "A" sta per deambulatorio, la "M" per la micro-dose.
È ora di perfezionare
Ma ci sono ancora ostacoli da eliminare. Il casco può diventare pesante: durante i primi test, un cordino elastico dal soffitto è stato attaccato al dispositivo per alleggerire il peso del paziente che lo indossa. La sfida è renderlo più leggero senza ridurre la sensibilità dei rivelatori.
I ricercatori stanno anche cercando modi per impedire al movimento del casco di influire sulla risoluzione delle immagini fornite. Ciò include l'incorporazione di aspetti della robotica, come la capacità di mantenere stabilizzata una videocamera su un robot, indipendentemente da quanto si muova.
"L'idea è quella di essere in grado di utilizzarlo nel casco PET in modo da tenere conto del movimento del corpo di una persona", afferma Brefczynski-Lewis. "Vuoi compensare il movimento in modo che il casco si muova con la testa, ma riduci la resistenza e questo riduce il peso sulla persona."
Un altro obiettivo, osserva, è quello di continuare a ridurre i livelli di radiazione. Ciò consentirebbe di eseguire più scansioni su una persona e forse consentirebbe ai medici di utilizzarlo su bambini piccoli con disturbi neurologici.
Tenendo conto di tutti i necessari perfezionamenti e test clinici, Brefczynski-Lewis stima che potrebbero essere necessari altri quattro o cinque anni prima che l'AM-PET possa essere usato per trattare i pazienti. Per ora, stanno richiedendo sovvenzioni che potrebbero consentire loro di sviluppare diverse versioni del loro scanner. Uno per studiare l'Alzheimer avrebbe probabilmente bisogno di essere diverso da uno usato per analizzare il cervello durante un comportamento più complesso, dice.
Si è persino discusso di un modello che può essere indossato fuori dal laboratorio. "In realtà crediamo che una versione del casco possa essere montata su uno zaino", afferma Majewski. “Lo zaino avrebbe portato il peso.
"La chiamiamo la versione 'walk in the park'."
