Projekt agentúry na podporu výskumu a vývoja APVV-0431-12

Doba riešenia: 10/2013 - 09/2016

Zodpovedný riešiteľ: RNDr. Oliver Štrbák, PhD.

Nositeľom projektu je Oddelenie zobrazovacích metód Ústavu merania SAV.

Spoluriešiteľské organizácie:

- Fakulta chemickej a potravinárskej technológie STU v Bratislave

- Slovenská zdravotnícka univerzita v Bratislave.

V roku 1992 Kirschvink a spol. objavili v tkanive ľudského mozgu biogénne nanočastice magnetitu. Krátko na to bola zvýšená koncentrácia týchto častíc spojená sprítomnosťou neurodegeneratívnych procesov v mozgu, ako je Alzheimerova choroba (AD), Parkinsonova choroba (PD) a Huntingtonova choroba (HD). Predpokladá sa, že prekurzorom vzniku nanočastíc magnetitu v tkanive je feritín, ktorý sa transformuje akodôsledok narušenej homeostázy železa. Zvýšená koncentrácia feritínu v tkanive môže navyše viesť k iným závažným zdravotným komplikáciám (tzv. iron-overloaded complications), ako je napríklad cukrovka, cirhóza pečene a ochorenia srdca. Pre úspešné stanovenie diagnózy a následné vybratie vhodnej terapie, je nevyhnutné mať diagnostický nástroj, schopný rozpoznania skorých štádií patologických procesov súvisiacich s narušenou homeostázou železa. V súčasnosti však nanešťastie takýto diagnostický nástroj neexistuje.Pri neurodegeneratívnych ochoreniach je diagnostika obmedzená na monitorovanieneurologických symptómov a jediným 100% dôkazom prítomnosti ochorenia je pitva.
Diagnostika feritínu v klinickej praxi je možná dvomi metódami: biopsiou a zo séra. Obidve metódy sú však invazívne a nepresné, navyše nedokážu stanoviť skoré štádia ochorenia.Keďže atómy železa prítomné ako vo feritíne tak i v magnetite silne ovplyvňujú MRI signál už pri nízkych koncentráciách, je diagnostická metóda založená na MRI ideálnym kandidátom na neinvazívnu diagnostiku skorých štádií ochorení spojených s biogénnym železom. Schopnosť magnetickej rezonancie zobrazovať častice obsahujúce biogénne železo v ľudskom tkanive už bola načrtnutá, ale najdôležitejšia otázka, čiže kvantifikácia týchto častíc in-vivo, nie je stále vyriešená.

Cieľom projektu je  vytvorenie diagnostického nástroja pre neinvazívne kvantitatívne zobrazovanie biogénneho železa pomocou MRI, ktorý by v klinickej praxi slúžil na včasnú diagnostiku ochorení spojených s narušenou homeostázou železa.

Fázy riešenia projektu:

 1. Vytvorenie relaxačného modelu pomocou matematických simulácii. Dôvodom je fakt, že na presnú kvantifikáciu koncentrácie železa v tkanive potrebujeme určiť relaxačný potenciál (množstvo ovplyvnených protónov vody) jednotlivých častíc feritínu a magnetitu pre rôzne veľkosti častíc.

2. Vytvorenie kalibračného modelu pomocou fantómov s koncentračným gradientom častíc Súčasťou druhej fázy je aj vývoj softvérového nástroja FerroQuant, ktorý bude obsahovať modality pre kvantitatívnu analýzu MRI dát. Na účely kalibrácie budú zakúpené komerčne dostupné nanočastice magnetitu a feritínu.

3. Zber a počiatočná analýza klinických MRI dát záujmových pacientov. Výstupom bude databáza záujmových dát, ktorá bude v posledných mesiacoch projektu testovaná prostredníctvom nástrojov vytvorených v predchádzajúcich dvoch fázach projektu.

Vybrané publikácie:

Strbak O, Masarova M, Gogola D, Szomolanyi P, and Frollo I, Influence of saline and glucose molecules to contrast properties of clinically used MRI contrast agents, Measurement 69 109-114 (2015)

Gogola D, Strbak O, Krafcik A, Skratek M, and Frollo I, Magnetic resonance imaging of the static magnetic field distortion caused by magnetic nanoparticles, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 380 261-265 (2015)

Strbak O, Krafcik A, Teplan M, Gogola D, Kopcansky P, and Frollo I, Biogenic magnetite nanoparticle ensemble use in MRI diagnostics, Acta Physica Polonica A 126(1) 388-389 (2014)

Strbak O, Kopcansky P, Timko M and Frollo I, Single biogenic magnetite nanoparticle physical characteristics. A biological impact study, IEEE Transactions on Magnetics 49(1) 457-462 (2013) 

Gogola D, Krafcik A, Strbak O, and Frollo I, Magnetic resonance imaging of surgical implants made from weak magnetic materials, Measurement Science Review 13(4) 165-168 (2013)

Strbak O, Kopcansky P and Frollo I, Biogenic magnetite in humans and new magnetic resonance hazard questions, Measurement Science Review 11(3) 85-91 (2011)