Längsschnittbewertung der strukturellen Plastizität des Rückenmarks mittels DTI bei SCI-Patienten

Heute sind die International Standards for the Neurological Classification of Spinal Cord Injury (ISNSCI), die Tests der motorischen und kutanen sensorischen Funktion umfassen, und das Spinal Cord Independence Measure (SCIM) die Goldstandards für die neurologische Klassifizierung von Rückenmarksverletzungen (SCI). Diese Standardmaße haben bei der Rehabilitation von SCI als primäre klinische und Ergebnismaße sehr wichtige Anwendungen. Trotz der Bedeutung und Nützlichkeit ihrer Anwendungen haben diese Standardmaßnahmen ihre Grenzen. Beispielsweise ist ISNSCI, das als klinisches Klassifizierungssystem gedacht ist, subjektiv und relativ unempfindlich gegenüber inkrementellen neurophysiologischen und funktionellen Veränderungen sowohl im akuten als auch im chronischen Stadium der Genesung. Darüber hinaus kann der ISNSCI die Funktion des Rückenmarks (SC) unterhalb der neurologischen Ebene nicht bewerten. Bei einigen Patienten, beispielsweise Kindern und Patienten mit begleitenden Hirnverletzungen, kann aufgrund ihres begrenzten kognitiven Engagements im Bewertungsprozess keine zuverlässige Bewertung durchgeführt werden. Die Magnetresonanztomographie (MRT) wurde als objektiveres Instrument zur Unterstützung von Ärzten bei der Prognose vorgeschlagen. Eine aktuelle Studie zeigte jedoch, dass die konventionelle klinische MRT nicht gut mit den mit ISNSCI gemessenen Werten korreliert.

Diffusion Tensor Imaging (DTI) ist ein fortschrittliches MRT-Tool, das Informationen zur Integrität der weißen Substanz durch Messung der Richtungsdiffusion von Wassermolekülen untersuchen und so mehr mikroskopische Details als herkömmliche MRT liefern kann. Jüngste Erkenntnisse legen nahe, dass DTI ein vielversprechendes, nicht-invasives und objektives Instrument zur Bewertung und Überwachung struktureller Veränderungen in Axonbahnen der weißen Substanz nach SCI ist. Unsere vorläufigen Daten zeigten eine signifikante Abweichung der DTI-Indizes von den normativen Werten gesunder Probanden bei einem SCI-Patienten, dessen konventionelle T2-Scans normal zu sein schienen (siehe Abschnitt „Vorläufige Daten“). Eine wahrscheinliche Erklärung für diese beobachtete Veränderung der DTI-Indizes ist die Degeneration und Demyelisierung in absteigenden axonalen Bahnen. Obwohl DTI in Tiermodellen zur Messung der Entwicklung der Verletzung im SC verwendet wurde und sich bei der Erkennung pathologischer Veränderungen im SC als vielversprechend erwies, liegen keine longitudinalen DTI-Daten aus menschlichem SC vor, die auf die Empfindlichkeit der DTI-Technik bei der Erkennung des SCI-Fortschreitens schließen lassen oder Genesung. Ist DTI in der Lage, strukturelle Veränderungen im SC während der Rehabilitation bei Personen mit SCI zu erkennen? Werden diese gemessenen DTI-Parameter mit ISNSCI-basierten Ergebnissen korrelieren? Die grundlegende Hypothese der aktuellen Studie ist, dass Rehabilitation die Reparatur des SC-Fasertrakts sowie spontane Anpassungen nach der Verletzung erleichtern kann, um dabei zu helfen, einige der verletzten Nervenfasern wieder mit Motoneuronen zu verbinden, die die Muskeln steuern, und dies wiederum die Motoneuronenaktivität verbessert, um die Muskelfunktion zu fördern. Und all diese Veränderungen können durch die vorgeschlagenen longitudinalen DTI-Protokolle und klinischen Standardinstrumente zur Bewertung der motorischen Funktion erkannt werden. Die erwarteten Ergebnisse dieser Längsschnittstudie würden die Anwendung von DTI bei der Überwachung plastischer Veränderungen im verletzten SC unterstützen, und die von DTI abgeleiteten Messungen könnten Ärzten möglicherweise dabei helfen, eine objektivere Diagnose der Verletzung zu stellen und deren Fortschreiten abzuschätzen, was für die gezielte Planung von entscheidender Bedeutung ist Therapien. Es liegt jedoch außerhalb des Rahmens dieses Vorschlags, die Beiträge zu strukturellen Veränderungen im SC zwischen spontanen und Behandlungsfaktoren zu unterscheiden. Da es unethisch ist, Patienten nicht zu behandeln, kann diese Einschränkung in der aktuellen Humanstudie nicht überwunden werden. Da der Hauptschwerpunkt der Studie auf der Längsverfolgung von SC-Strukturveränderungen mittels Neuroimaging liegt und nicht auf der Bestimmung der relativen Beiträge zu diesen Veränderungen durch spontane Genesung und Behandlung, sollte diese Einschränkung die Qualität unserer Studie nicht wesentlich beeinflussen. Um die Hypothese zu testen, schlagen die Forscher die folgenden spezifischen Ziele vor.

Ziel 1: Verfolgen Sie strukturelle Veränderungen des SC bei Patienten mit unvollständigem QSL (iSCI) mithilfe von DTI. Jeder Patient in der vorgeschlagenen Studie wird zu Studienbeginn, 2 Wochen, 1 Monat, 3 Monate und 6 Monate nach Beginn der Standard-Rehabilitationsmaßnahme mit einer DTI-Sequenz gescannt und deckt damit den gesamten Halsbereich des SC ab. DTI-Indizes (Einzelheiten siehe Methoden) werden zu allen Zeitpunkten quantifiziert und verglichen. Frühere longitudinale DTI-Studien an Menschen und Tieren im Gehirn deuten darauf hin, dass DTI 24 Stunden (Tierstudie) und 3 Monate (unveröffentlichte DTI-Ergebnisse beim Menschen durch die PI-Gruppe) nach der Hirnverletzung und 6 Monate nach dem ersten Scan bei Patienten empfindlich auf strukturelle Veränderungen der weißen Gehirnsubstanz reagiert mit Amyotropher Lateralsklerose (ALS) (DTI-Daten waren in dieser Studie erst 6 Monate nach dem ersten Scan verfügbar). Die Forscher gehen davon aus, dass das vorgeschlagene DTI-Protokoll in der Lage sein wird, strukturelle Veränderungen bei SCI während seines Erholungsverlaufs zu erfassen.

Ziel 2: Korrelieren Sie die SC-Plastizität, die sich durch Änderungen der DTI-Indizes manifestiert, mit klinischen Beurteilungen von Verletzungen und sensomotorischer Funktion. Quantitative DTI-Indizes werden mit klinischen Diagnosen von SCI und klinischen Bewertungen der sensomotorischen Funktion der oberen und unteren Extremitäten der Patienten korreliert. Es wird angenommen, dass der DTI-Index von SCI signifikant mit der klinischen Diagnose und den Werten der oberen und unteren sensomotorischen Funktion korreliert. Der DTI-Parameter ist ein vielversprechender Biomarker für SCI und dürfte einen prognostischen Wert bei der Vorhersage des funktionellen Ergebnisses eines Rehabilitationsprogramms haben.