Der energetische Ursprung der Neurodegeneration bei MS (ENERGYSEP)

1. FORSCHUNGSRECHTFERTIGUNG

1.1 Energiedysregulation ist ein Schlüsselprozess in der Physiopathologie der Neurodegeneration bei MS

Es wurde vorgeschlagen, dass mehrere Mechanismen eine Hauptrolle in der Physiopathologie der Neurodegeneration bei Multipler Sklerose (MS) spielen, darunter: entzündliche Demyelinisierung, Exzitotoxizität, oxidativer Stress und Funktionsstörung der Ionenkanäle. Jeder dieser Mechanismen ist möglicherweise an der Induktion einer Energiedysregulation beteiligt. Darüber hinaus wird die Vorstellung, dass ein früher neuronaler Energieausfall eine Schlüsselrolle bei der axonalen Degeneration spielen könnte, immer mehr anerkannt. Unter diesen physiologischen Bedingungen ermöglicht die Integrität der Myelinscheide nicht nur eine effiziente Saltatorische Weiterleitung des Aktionspotentials, sondern trägt auch dazu bei, die Umgebung für das Überleben der Neuronen aufrechtzuerhalten, indem sie die richtige Menge an Zellenergie sicherstellt.

Nach einer Myelinstörung und Entzündung zwingen mehrere adaptive Veränderungen das Neuron, in einen vorübergehenden Zustand der "virtuellen Hypoxie" einzutreten. Tatsächlich bestimmt der Verlust der axonalen Abdeckung die VGSC-Umverteilung entlang des Axons und die erneute Expression von NaV1.2.

Darüber hinaus induziert die Demyelinisierung eine mitochondriale Proliferation entlang beschädigter Axone, zusammen mit einem Komplex für Hyperaktivität, um die Natrium/Kalium-Pumpe zu unterstützen. Diese kompensatorischen Mechanismen überwinden zunächst die aus der Demyelinisierung resultierende Leitungssperre, aber unter solchen Bedingungen werden elektrochemische Transmembrangradienten auf Kosten eines erhöhten Energiebedarfs aufrechterhalten.

Dieser zusätzliche Energiebedarf führt zu einem Ungleichgewicht zwischen Energiebedarf und -angebot, das als „neuronale virtuelle Hypoxie“ bezeichnet wird. Bei MS wird die energetische Belastung durch die entzündliche Umgebung verschlimmert, die die mitochondriale Funktion beeinträchtigt und mit einer Zellstrukturdeformation verbunden ist. Dieser Zustand der Energiestörung ist in den ersten Stadien der Krankheit möglicherweise reversibel, aber wenn er nach einer bestimmten Zeit nicht rückgängig gemacht wird, induziert er eine Kaskade, die durch einen Ausfall der Mitochondrienfunktion, die Produktion freier Radikale und eine Dysfunktion der Natrium-/Kalium-ATPase gekennzeichnet ist. Die Dysfunktion der Ionenpumpe induziert eine Akkumulation von interzellulärem Natrium mit einer Inversion des Calciumflusses, die durch die Na+/Ca2+-Pumpe bewirkt wird. Der intrazelluläre Kalziumeinstrom führt schließlich zu einer irreversiblen neuronalen Degeneration. Daher ist es für die Entwicklung von Therapien, die darauf abzielen, diesen degenerativen Prozess umzukehren und die langfristige neuronale Integrität aufrechtzuerhalten, von entscheidender Bedeutung, die frühe Phase der neuronalen Energiedysfunktion, die zum neuroaxonalen Tod führt, in vivo zu identifizieren und ihre zeitliche Beziehung zur reversiblen neuronalen Degeneration zu verstehen.

1.2 Dysregulation der bildgebenden Energie: Stand der Technik

Die Optimierung innovativer Techniken auf Basis der Magnetresonanz (MR) wie der Natrium-MRT (23Na), der Phosphorspektroskopie (31P-MRI) und der diffusionsgewichteten Spektroskopie (DW-MRS) in den letzten Jahren hat die Produktion vielversprechender Daten ermöglicht die die Klärung verschiedener Aspekte der Anfangsphase der Energiedysregulation bei MS ermöglichen.

Mehrere Studien mit 23Na-MRT haben einen Anstieg der Gesamtnatriumkonzentration im Gehirn von Patienten mit MS gezeigt, was mit einer klinischen Behinderung korreliert. In jüngerer Zeit wurden ausgefeiltere Techniken zur Quantifizierung der 23Na-Konzentration vorgeschlagen, wie z. B. die "Triple Quantum Filtered (TQF) Imaging", die die Unterscheidung zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Natrium ermöglicht und somit einzigartige Informationen über die frühe Phase der Energiedysregulation liefert. Aufgrund der relativ schwachen Sensitivität der 23Na-MRT ist die Hochfeld-MRT für TQF besonders geeignet. Das von Professorin Matilde Inglese geleitete Team hat kürzlich 7-Tesla-TQF-Bildgebung bei MS angewendet und gezeigt, dass Patienten mit einer schubförmigen/remittierenden Form der Erkrankung (RR-MS) im Vergleich zu gesunden Probanden eine erhöhte intrazelluläre Natriumkonzentration aufweisen. Dies spiegelt die pathologische intrazelluläre Akkumulation von 23Na als Folge einer Dysfunktion der Na+ K+ ATpase wider.

31-MRS ermöglicht die direkte Messung der Konzentration von Phosphokreatin (PCr) und Adenosintriphosphat (ATP), dem Hauptenergieträger der Zellen, im Gehirn. 31P-MRS bei 3T hat gezeigt, dass MS-Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen höhere PCr-Spiegel in der normal erscheinenden weißen Substanz aufweisen. 21P-MRS hat auch gezeigt, dass der Beta-ATP-Prozentsatz bei RR-MS höher und bei progressiven Formen niedriger war, was einen „relativ hohen Energiezustand“ in den frühen Phasen der Krankheit widerspiegelt, mit einer Verringerung in der progressiven Phase, die Raum lässt für axonale Degeneration.

Wichtige technische Prozesse wurden durch die erfolgreiche Generierung von 31P-MRS-Daten bei 7T erreicht.

DW-MRS liefert In-vivo-Messungen der Diffusionseigenschaften von Kreatin (Cr) + PCr. In einer kürzlich durchgeführten Studie mit DW-MRS bei 3T fanden die Forscher eine reduzierte Cr+PCr-Diffusion in der normal erscheinenden weißen Substanz und dem Thalami von Patienten mit MS im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen, was eine Verringerung der in Neuronen und Gliazellen reservierten Energie widerspiegelt . Zwei alternative Hypothesen könnten die beobachtete Verringerung der Cr+PCr-Diffusion erklären: ein veränderter intrazellulärer Kreatintransport, insbesondere von Oligodendrozyten zu Neuronen von einem zum anderen, oder ein reduzierter PCr-Verbrauch aufgrund einer veränderten Funktion von Kreatinkinase B.

Insgesamt bestätigen diese Ergebnisse das starke Potenzial der Kombination dieser verschiedenen Techniken (23Na-MRT, 31PMRS und DW-MRS), um innovative Informationen zu jedem Aspekt der pathogenen Kaskade zu erhalten, die eine Energiedysregulation mit einer neuroaxonalen Degeneration bei MS verbindet.

2. ZIELE

2.1 Hauptziel

Das Hauptziel dieses Projekts ist es, die Beziehung zwischen den MRT-abgeleiteten Parametern, die eine Energiedysregulation in den motorischen sensorischen Regionen (MSR) bei Studieneintritt widerspiegeln, und den Parametern der Neurodegeneration in der MSR nach 24 Monaten bei RR-MS- und PMS-Patienten zu untersuchen im Vergleich zu gesunden Probanden durch eine Kombination aus quantitativer 23Na-MRT, 31P-MRS und DW-MRS und Messungen der kortikalen Dicke.

2.2 Nebenziele

Die sekundären Ziele dieser Forschung werden sein:

(i) Um MRT-abgeleitete Metriken der Energiedysregulation zwischen Patienten und Kontrollen im gesamten Gehirn und der MSR bei Studieneintritt zu vergleichen.

(ii) Um die Korrelationen zwischen MRT-abgeleiteten Metriken der Energiedysregulation und der kortikalen Demyelinisierung bei Studieneintritt sowie der kortikalen Myelinisierung nach 12 Monaten zu definieren.

(iii) Untersuchung der Korrelation zwischen kortikaler 23Na-MRT bei Studieneintritt und der Entwicklung des kortikalen Volumens über 24 Monate.

(iv) Um die Korrelationen zwischen MRT-abgeleiteten Metriken der Energiedysregulation und frühen axonalen Schäden sowie der axonal-dendritischen Dichte im gesamten Gehirn und in der MSR zu untersuchen: 1) bei Studieneintritt; 2) über den Nachbeobachtungszeitraum von 24 Monaten.

(v) Untersuchung der Beziehung zwischen MRT-abgeleiteten Metriken der Energiedysregulation und den Veränderungen der Gehirnkonnektivität bei Studieneintritt nach 12 und 24 Monaten.

(vi) Um die Korrelationen zwischen MRT-abgeleiteten Metriken und Serum-Neurofilamenten, gemessen bei Studieneintritt, nach 12 und 24 Monaten, herzustellen.

(vii) Um den Beitrag von MRI-abgeleiteten Metriken von Energie-Dysregulationen zu klinischer Behinderung und kognitiver Dysfunktion bei Studieneintritt und nach 24 Monaten zu ermitteln.

3. KONZEPTION DES FORSCHUNGSPROJEKTS

3.1 Art des Forschungsprojekts

Dies ist ein monozentrisches Forschungsprojekt am Menschen mit physiopathologischen Zwecken (keine Gesundheitsprodukte beteiligt) mit einer Laufzeit von 24 Monaten, dessen Ziel es ist, die Rolle der Energiedysregulation bei der Neurodegeneration zu untersuchen, die das wichtigste pathologische Substrat des klinischen Fortschreitens bei Patienten ist mit MS. Unser Ziel ist es, den Zusammenhang zwischen Energiestörungen und neuroaxonalen Schäden bei Patienten mit MS im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen zu untersuchen, indem wir eine Kombination aus bildgebenden Verfahren und klinischen, kognitiven und biologischen Tests verwenden.

Da es sich bei den in der Studie verwendeten Techniken um bildgebende Verfahren mit Injektion von Kontrastmitteln handelt, wird die Forschung gemäß dem Jardé-Gesetz als interventionelle Forschung der Kategorie 1 eingestuft.

3.2 Methodik der Untersuchung

Dies ist eine nicht randomisierte, kontrollierte, offene klinisch-radiologische Forschung.

Die Patienten werden aus den Kohorten ausgewählt, die in der Abteilung für Neurologie des Krankenhauses Saint-Antoine und der Abteilung für Pathologien des Nervensystems des Krankenhauses Pitié-Salpêtrière beobachtet werden. Sie erhalten eine erste Information über die Forschung während der Konsultation, und das Informationsformular kann bei dieser Gelegenheit abgegeben werden.

Gesunde Freiwillige werden aus den Freiwilligen des Zentrums für klinische Untersuchung (CIC) des Krankenhauses Pitié-Salpêtrière ausgewählt.

Alle Teilnehmer werden im CIC des Brain and Spine Institute (ICM) - Krankenhaus Pitié-Salpêtrière aufgenommen.

Eine Gruppe von Patienten mit RR-MS (n=20) und progressiver (PP-MS oder SP-MS, n=20) wird untersucht und mit einer Gruppe gesunder Freiwilliger (n=15) gleichen Alters und Geschlechts verglichen (jedoch ohne 1:1-Matching zwischen Patienten und Kontrollen). Die Wahl, eine Stichprobe von 40 Patienten mit einer Stichprobe von 15 gesunden Freiwilligen abzugleichen, basiert auf der Berechnung der Mindestanzahl von Beobachtungen pro Gruppe, die erforderlich ist, um einen Unterschied zwischen den Gruppen in den Bewertungskriterien zu erkennen, wobei ein multivariables lineares Regressionsmodell verwendet wird.

Jeder Patient und jeder gesunde Freiwillige wird vier Besuchen unterzogen:

Besuch 1 (Einschlussbesuch) – D0: ICM (CIC/CENIR) (30-minütiger klinischer Besuch + 65-minütiger 3-T-MRT)

• Informationen, Überprüfung der Einschluss-/Ausschlusskriterien, Unterschrift der Einverständniserklärung
• neurologische Bewertung (EDSS, MRC-Scores) und Ermüdungstests (MFIS, Jamar hydraulischer Handdynamometer) zur Beurteilung des Grads der körperlichen Beeinträchtigung
• neuropsychologische Tests (BICAMS) zur Beurteilung des Grades der kognitiven Beeinträchtigung
• Schwangerschaftstest für alle Frauen im gebärfähigen Alter
• 3-T-MRT – mit Gadolinium-Injektion nur für Patienten (siehe 8.1 für Verabreichungsverfahren) – mit DW-MRS-Sequenzen zur Quantifizierung der Diffusivität von tCr und NAA (N-Acetylaspartat) in einem Voxel, das auf der MSR zentriert ist, und mit Sequenzen für volumetrische, strukturelle und Funktionsanalysen (65 min)
• Blutentnahme (4 ml) zur Suche nach Neurofilamenten als biologische Marker der Neurodegeneration.

Besuch 2 – M1: NeuroSpin (CEA-Zentrum in Saclay, Gif-sur-Yvette, Frankreich) (120 Minuten)

• Urin-Schwangerschaftstest für alle Frauen im gebärfähigen Alter
• 7T-MRT einschließlich einer 23Na-MRT des gesamten Gehirns und einer 31P-MRS, zentriert auf dem MSR-Voxel, zur Natrium-, ATP- und PCR-Quantifizierung (1h40min)

Besuch 3 – M12: ICM (CIC/CENIR) (15-minütiger klinischer Besuch + 65-minütiger 3-T-MRT)

• neurologische Bewertung (EDSS, MRC-Scores) und Ermüdungstests (MFIS, Jamar hydraulischer Handdynamometer) zur Beurteilung des Grads der körperlichen Beeinträchtigung
• Schwangerschaftstest für alle Frauen im gebärfähigen Alter
• 3T-MRT – unter Verwendung des gleichen Protokolls von V1 – mit Gadolinium-Injektion nur für Patienten (siehe 8.1 für Verabreichungsverfahren) – mit DW-MRS-Sequenzen zur Quantifizierung der Diffusivität von tCr und NAA (N-Acetylaspartat) in einem Voxel, das auf der MSR zentriert ist, und mit Sequenzen für volumetrische, strukturelle und funktionelle Analysen (65 min)
• Blutentnahme (4 ml) zur Suche nach Neurofilamenten als biologische Marker der Neurodegeneration.

Besuch 4 – M24: ICM (CIC/CENIR) (30-minütiger klinischer Besuch + 65-minütige 3-T-MRT)

• neurologische Bewertung (EDSS, MRC-Scores) und Ermüdungstests (MFIS, Jamar hydraulischer Handdynamometer) zur Beurteilung des Grads der körperlichen Beeinträchtigung
• neuropsychologische Tests (BICAMS) zur Beurteilung des Grades der kognitiven Beeinträchtigung
• Schwangerschaftstest für alle Frauen im gebärfähigen Alter
• 3T-MRT – unter Verwendung des gleichen Protokolls von V1 – mit Gadolinium-Injektion nur für Patienten (siehe 8.1 für Verabreichungsverfahren) – mit DW-MRS-Sequenzen zur Quantifizierung der Diffusivität von tCr und NAA (N-Acetylaspartat) in einem Voxel, das auf der MSR zentriert ist, und mit Sequenzen für volumetrische, strukturelle und funktionelle Analysen (65 min)
• Blutentnahme (4 ml) zur Suche nach Neurofilamenten als biologische Marker der Neurodegeneration.