Sappiamo che la RM é conosciuta per la capacità di produrre molteplici contrasti nelle immagini. I contrasti convenzionali si basano sui tassi di rilassamento del momento magnetico di spin di diversi tessuti corporei nel contesto di un campo magnetico statico e vari impulsi di radiofrequenza. Questi contrasti includono T1, T2, densità protonica (PD) e T2*. La ricerca di nuovi contrasti è un obiettivo costante per ottenere ulteriori informazioni sulle condizioni fisiologiche e patologiche del corpo. I nuovi contrasti si basano su proprietà fisiche o strutturali, proprietà funzionali e composizione chimica.
La RM standard si basa sull’eccitazione dei nuclei di idrogeno (1H) nelle molecole d’acqua, ma si puo’ anche dire che la rilevazione diretta di altre molecole nei tessuti corporei è interessante per indagare sui composti chimici e i metaboliti correlati alle funzioni fisiologiche e alle condizioni patologiche del corpo. Le sostanze chimiche hanno nuclei di idrogeno e altri tipi di nuclei che risuonano a frequenze diverse. La tecnica CEST permette di rilevare queste sostanze con una maggiore sensibilità rispetto all’MRI convenzionale.
La tecnica CEST sfrutta le proprietà chimica di certi metaboliti, consentendo di rilevarli con maggiore sensibilità rispetto alla spettro-RM, utile particolarmente per sostanze presenti a basse concentrazioni.
La spettroscopia per RM sebbene fornisca molte informazioni, ha limitazioni, come la sensibilità e la copertura spaziale limitata. La tecnica CEST supera alcune di queste limitazioni, offrendo maggiore sensibilità e migliore risoluzione spaziale grazie a sequenze studiate appositamente
La base di questa tecnica é il trasferimento di magnetizzazione, MT, scoperto molti anni fa e che consente di trasferire la magnetizzazione longitudinale alle macromolecole.
La CEST sfrutta la saturazione temporanea dei tessuti, in cui il tessuto mostra una magnetizzazione netta pari a zero. Questo stato può essere sfruttato per ottenere contrasti nelle immagini, applicando impulsi radiofrequenza (RF) che saturano solo determinati tipi di tessuto, riducendo il segnale o facendoli scomparire dall’immagine. Nella CEST, la magnetizzazione viene trasferita da altre molecole alle molecole d’acqua, in modo che l’effetto di saturazione inizialmente presente sulla molecola specifica possa invece essere osservato sull’acqua. Questo richiede che la sostanza chimica in questione abbia un protone 1H nella sua struttura che sia scambiabile con quelli dell’acqua.
Il principio dell’immagine CEST è quindi semplice: per una sostanza chimica di interesse che é capace di scambiare i suoi protoni 1H con quelli dell’acqua, viene applicato un impulso radiofrequenza a una (o più) delle sue frequenze di risonanza per raggiungere uno stato di saturazione. Questa saturazione magnetica verrà trasferita spontaneamente all’acqua con il passare del tempo, attraverso lo scambio chimico dei protoni metaboliti eccitati con i protoni dell’acqua non eccitati. La successiva diminuzione del segnale dell’acqua può essere quindi poi rilevata comodamente con sequenze di imaging RM standard e sarà quindi una misura in correlazione diretta con quella molecola di partenza.
La caratteristica chiave della CEST è il trasferimento continuo dei protoni 1H eccitati, che porta all’accumulo di saturazione nell’acqua. Questo processo di scambio avviene ripetutamente: un protone eccitato verrà sostituito da un protone 1H non eccitato dall’acqua, che a sua volta può essere saturato per un altro trasferimento. Questo accumulo di trasferimenti aumenta notevolmente la sensibilità e la rilevabilità della sostanza chimica di interesse.
La tecnica CEST (Chemical Exchange Saturation Transfer) può essere utilizzata per l’immagine di una vasta gamma di soluti, purché contengano una sostanza chimica con un protone 1H scambiabile e abbondante acqua. Tuttavia, poiché l’interesse principale della CEST è la sua rilevanza clinica, la maggior parte delle applicazioni della CEST si concentra su metaboliti che possono essere trovati nel corpo umano o su sostanze chimiche che possono essere amministrate esternamente come agenti di contrasto. Sono state esaminate numerose tipologie di composti per la loro idoneità nell’immagine CEST clinica, e possono essere principalmente classificate in due modi: in base ai loro spostamenti chimici (diamagnetici o paramagnetici) o in base al tipo di scambio coinvolto, come lo scambio protonico, lo scambio molecolare e lo scambio compartimentale.
Il primo tipo di classificazione é questo:
Agenti CEST Paramagnetici (paraCEST): Coinvolgono ioni metallici e di conseguenza sono generalmente situati a una distanza maggiore dall’acqua rispetto agli agenti CEST diamagnetici. Gli agenti paraCEST sono solitamente esogeni, il che significa che devono essere somministrati dall’esterno, ad esempio tramite iniezione.
Agenti CEST Diamagnetici (diaCEST): Non coinvolgono ioni metallici e sono solitamente situati entro 6 ppm dall’acqua. Molti agenti diaCEST sono endogeni, il che significa che sono presenti naturalmente nel corpo. L’aspetto interessante della CEST risiede nell’uso di agenti diaCEST endogeni, in quanto consente di generare contrasti senza la necessità di iniezioni esterne.
Per approfondire l’argomento un riferimento ad un articolo di tecnica generica
Wu B, Warnock G, Zaiss M, Lin C, Chen M, Zhou Z, Mu L, Nanz D, Tuura R, Delso G. An overview of CEST MRI for non-MR physicists. EJNMMI Phys. 2016 Dec;3(1):19. doi: 10.1186/s40658-016-0155-2. Epub 2016 Aug 26. PMID: 27562024; PMCID: PMC4999387.
Ed un video molto utile
