Введение. Лучевая терапия является активно применяющимся методом лечения злокачественных новообразований головного мозга. Известно, что для повышения эффективности лечения необходимо подвергать воздействию ионизирующего излучения не только саму опухоль, но и прилежащие нервные ткани. Таким образом, радиотерапевтическое воздействие позволяет замедлить рост опухоли, но приводит к возникновению патологических изменений в окружающих тканях мозга, в частности, в белом веществе. К сожалению, возникновение структурных повреждений ткани белого вещества далеко не всегда выявляется на ранних сроках развития, что подчеркивает важность поиска новых способов их детектирования. Настоящее исследование направлено на исследование возможности использования оптической когерентной томографии (ОКТ) для обнаружения радиационно-индуцированных изменений белого вещества головного мозга.

Материалы и методы. Исследование проведено на ex vivo образцах головного мозга крыс, подразделенных на контрольную группу и группу, подвергшуюся воздействию рентгеновского излучения. На 7 временных точках (2-14 недель) после однократного облучения правого полушария в дозе 15 Гр проводилось ОКТ исследование фронтальных срезов головного мозга лабораторных животных. Последующая обработка ОКТ данных включала в себя вычисление коэффициента затухания в ко-поляризации Att(co), а также построение цветокодированных карт. Изучение структурных характеристик образцов проводилось с помощью окрашивания гистологических срезов гематоксилин-эозином, а также путем иммуногистохимического исследования с использованием антител к основному белку миелина (MBP). В качестве области интереса для детального исследования было выбрано мозолистое тело.

Результаты. Гистологический анализ исследуемых образцов позволил зарегистрировать появление структурных изменений в ткани мозолистого тела на этапах 2, 6 и 12 недель после облучения, что соответствует периодам острых и ранних отсроченных повреждений. На данных временных точках был отмечен отек corpus callosum, характеризующийся увеличением промежутков между миелиновыми волокнами. При этом, через 2 недели после облучения отек обнаруживался только в области облученного полушария, тогда как на этапах 6 и 12 недель регистрировался в обоих полушариях, что свидетельствует о распространении процесса по ходу миелиновых волокон. Анализ ОКТ данных позволил выявить соответствующие изменения в значениях коэффициента затухания. Так, на этапах 2, 6 и 12 недель были обнаружены статистически значимые снижения значения Att(co) в области мозолистого тела в облученном полушарии (p<0.0086) по сравнению с контрольной группой. Кроме того, через 6 и 12 недель после облучения снижение значений коэффициента затухания также отмечалось в области контралатерального полушария (p<0.0346). Таким образом, зарегистрированные изменения ОКТ сигнала подтверждают обнаруженные структурные повреждения.

Вывод. В ходе работы были зарегистрированы острые и ранние отсроченные радиационно-индуцированные изменения ткани белого вещества, обратимость которых подтверждается их последующим исчезновением. Данные изменения характеризуются снижением рассеивающих свойств ткани, что может быть обнаружено при помощи метода ОКТ.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда, грант №23-25-00118.

Introduction. Radiation therapy is an actively used method of treatment of malignant neoplasms of the brain. In order to increase the effectiveness of treatment, it is necessary to irradiate both the tumor itself and the adjacent nerve tissues. Thus, radiotherapy can slow down tumor growth, but leads to pathological changes in the surrounding brain tissues, in particular, in the white matter. Unfortunately, the occurrence of structural damage to the white matter tissue is not always detected at early stages of development, which emphasizes the importance of finding new ways to detect them. The present study is aimed at investigating the possibility of using optical coherence tomography (OCT) to detect radiation-induced changes in the white matter of the brain.

Materials and methods. The study was carried out on ex vivo rat brain samples divided into a control group and an X-ray exposed group. At 7 time points (2-14 weeks) after a single irradiation of the right hemisphere at a dose of 15 Gy, an OCT study of the frontal sections of the brain of laboratory animals was performed. The subsequent processing of the OCT data included the calculation of the attenuation coefficient in co-polarization Att(co), as well as the construction of color-coded maps. The study of the structural characteristics of the samples was carried out by staining histological sections with hematoxylin-eosin, as well as by immunohistochemical studies using antibodies to myelin basic protein (MBP). The corpus callosum was chosen as the region of interest for detailed study.

Results. Histological analysis of the studied samples made it possible to register the appearance of structural changes in the tissue of the corpus callosum at 2, 6 and 12 weeks after irradiation, which corresponds to periods of acute and early delayed injuries. At these time points, edema of the corpus callosum was identified, characterized by an increase in the spaces between the myelinated fibers. At the same time, 2 weeks after irradiation, edema was detected only in the region of the irradiated hemisphere, while at stages 6 and 12 weeks it was recorded in both hemispheres, which indicates the spread of the process along the myelinated fibers. An analysis of the OCT data made it possible to identify the corresponding changes in the values of the attenuation coefficient. Thus, at 2, 6, and 12 weeks, statistically significant decreases in the Att(co) value in the area of the corpus callosum in the irradiated hemisphere were found (p<0.0086) compared with the control group. In addition, at 6 and 12 weeks after exposure, a decrease in the attenuation coefficient was also noted in the region of the contralateral hemisphere (p<0.0346). Thus, the registered changes in the OCT signal confirm the detected structural damage.

Conclusion. In the present work, acute and early delayed radiation-induced changes in the white matter tissue were recorded, the reversibility of which is confirmed by their subsequent disappearance. These changes are characterized by a decrease in the scattering properties of the tissue, which can be detected using OCT.

The study was financially supported by Russian Science Foundation, project No23-25-00118.