Terobosan MRI: Ilmuwan Kembangkan Teknologi Pemindai Metabolik Otak dalam 12 Menit

ILMUWAN dari University of Illinois Urbana-Champaign berhasil menggabungkan pencitraan super cepat dengan algoritma cerdas untuk mengintip langsung aktivitas kimia di otak manusia. Teknologi ini mengubah pemindaian MRI konvensional menjadi semacam mikroskop metabolik, yang mampu membedakan jaringan otak sehat dari tumor, menilai tingkat keganasan kanker otak, bahkan memprediksi kekambuhan multiple sclerosis (MS) jauh sebelum gejalanya muncul dalam MRI struktural biasa.

Dalam studi yang dipublikasikan di jurnal Nature Biomedical Engineering, tim yang dipimpin Profesor Zhi-Pei Liang dari Departemen Teknik Elektro dan Komputer sekaligus anggota Beckman Institute, memperkenalkan teknologi baru yang dapat memindai seluruh otak hanya dalam waktu sekitar 12 menit. Hebatnya, teknologi ini memberikan gambaran metabolisme dan kadar neurotransmiter secara non-invasif dengan resolusi tinggi.

“Memahami bagaimana otak bekerja—dan apa yang salah saat terjadi gangguan—adalah tantangan besar sains modern,” kata Liang. “MRI telah sangat membantu dalam mengungkap misteri ini selama empat dekade terakhir. Kini, teknologi kami menambahkan dimensi baru: kemampuan melihat langsung metabolisme otak dan mendeteksi perubahan metabolik yang berkaitan dengan penyakit.”

Baca juga : Kanker Endometrium Bisa Disebabkan Gaya Hidup

Melampaui Batasan MRI Konvensional

MRI konvensional selama ini hanya menampilkan struktur otak secara detail, dan fMRI menunjukkan perubahan aliran darah yang berkaitan dengan aktivitas saraf. Namun, keduanya tidak memberikan informasi tentang proses metabolik otak.

Teknologi baru ini, yang disebut magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI), memungkinkan pemetaan metabolit dan neurotransmiter secara langsung. Menurut peneliti utama Yibo Zhao, perubahan metabolik sering terjadi lebih awal dari kelainan struktural atau fungsional yang biasanya baru terlihat di MRI standar.

“Dengan mengamati perubahan metabolisme, kita bisa mendiagnosis dan menangani penyakit otak lebih awal,” ujar Zhao.

Baca juga : Penelitian MRI Ungkap Perubahan Signifikan pada Otak Ibu Selama Kehamilan dan Pascakelahiran

Cepat, Akurat, dan Relevan Klinis

Upaya sebelumnya dalam MRSI kerap terhambat oleh waktu pemindaian yang lama dan sinyal lemah. Tim dari Illinois berhasil mengatasi hambatan ini dengan menggabungkan metode pencitraan ultracepat dan pengolahan data berbasis pembelajaran mesin (machine learning) fisika.

Dengan teknik baru ini, tim berhasil memindai otak secara menyeluruh hanya dalam 12,5 menit—suatu pencapaian yang mendekatkan teknologi ini pada penggunaan klinis sehari-hari.

Deteksi Dini Tumor dan Multiple Sclerosis

Dalam pengujian terhadap kelompok sehat, peneliti menemukan aktivitas metabolik dan neurotransmiter yang bervariasi di berbagai bagian otak, menandakan bahwa metabolisme otak tidak seragam.

Lebih jauh, pada pasien tumor otak, mereka mendeteksi peningkatan kadar kolin dan laktat—penanda metabolik—yang tidak terlihat pada MRI klinis standar, meskipun tampilan tumor tampak sama.

Pada pasien dengan multiple sclerosis, teknologi ini bahkan mampu mengidentifikasi perubahan molekuler akibat peradangan saraf hingga 70 hari sebelum perubahan tersebut bisa dideteksi MRI konvensional.

Menuju Pengobatan Presisi

Dengan memantau perubahan metabolik dari waktu ke waktu, dokter dapat menilai efektivitas terapi dan menyesuaikan pengobatan berdasarkan profil metabolik unik setiap pasien.

“Pencitraan metabolik otak dengan resolusi tinggi memiliki potensi klinis yang sangat besar,” kata Liang, yang merupakan murid dari mendiang Paul Lauterbur, penemu teknologi MRI dan peraih Nobel. “Ini adalah impian Lauterbur: menciptakan pencitraan metabolik yang cepat dan tajam untuk aplikasi klinis—dan kini, kami semakin dekat untuk mewujudkannya.”

Sebagai sistem kesehatan global bergerak ke arah pengobatan presisi dan prediktif, teknologi ini bisa menjadi alat penting dalam deteksi dini dan penanganan penyakit neurologis secara personal dan efektif. (Science Daily/Z-2)