Eine Studie zur Verhaltensvariante der frontotemporalen Demenz und der bipolaren Störung: ein integrierter Ansatz aus Neuroimaging und Epigenetik (DISBAND)

Nach den Einschluss- und Ausschlusskriterien werden die Teilnehmer rekrutiert und in drei Gruppen unterteilt:

• bvFTD-Patienten, prospektiv über mindestens 2 Jahre beobachtet. Dazu gehören bvFTD-Träger der G4C2-Expansion im C9orf72-Gen (bestes Modell der beiden Krankheiten, da eine solche Expansion weitgehend mit der Entwicklung einer Psychose verbunden ist).
• BD-Patienten, die Teil einer Kohorte mehrfach betroffener Familien (MAF) sind, werden seit Januar 2017 in der Psychiatrie-Betriebseinheit des Policlinico di Milano betreut und haben eine positive Familienanamnese neurodegenerativer Erkrankungen.
• Gesunde Probanden, die sich zu Studienbeginn neurokognitiven Tests unterzogen, die das Vorliegen von Demenz und psychiatrischen Erkrankungen ausschlossen.

Die Ermittler werden Blutproben der Teilnehmer sammeln, die verarbeitet und analysiert werden. Genauer gesagt werden die gesamten Exosomen aus 500 Mikrolitern Plasma mit der ExoQuick-Präzipitationslösung (SBI) isoliert. Die Isolierung und Reinigung von NDEs wird mit dem ExoFlow-Reinigungskit unter Verwendung eines biotinylierten Anti-Human-CD171 (L1CAM)-Antikörpers (Klon 5G3, Ebiosciences) durchgeführt. Die in NDEs enthaltene Gesamt-RNA wird mit dem Total Exosome RNA and Protein Isolation Kit und der miRNA-Expressionsanalyse mit dem TaqMan OpenArray Human Advanced MicroRNA Panel (Thermo Fisher Scientific) extrahiert. Die Expressionsanalyse von lncRNAs wird mit dem LincFinder Array und Entzündungs- und Autoimmunitätsarrays (Qiagen) durchgeführt.

Die Teilnehmer werden außerdem einer Neuroimaging-Sitzung unterzogen, bei der strukturelle MRT- und 1H-MRS-Sitzungen mit einem 3T-MRT-Scanner durchgeführt werden, der in der Abteilung für Neuroradiologie verfügbar ist. Das 1H-MRS ermöglicht eine sensible und zuverlässige Beurteilung neurochemischer Veränderungen in bestimmten Gehirnbereichen. Die Akquisitionsvoxel werden im dorso- und ventrolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC/VLPFC), der Amygdala und dem Hippocampus platziert. Abschließend wird ein FDG-PET-Scan mit einem Biograph Truepoint 64 PET/TC-Scanner durchgeführt. T1-gewichtete und FDG-PET-Bilder werden verwendet, um morphologische/metabolische Unterschiede im Gehirn zwischen den Gruppen zu untersuchen. Das Volumen der grauen und weißen Substanz wird lokal geschätzt und mithilfe voxelbasierter Morphometrie zwischen Gruppen verglichen. Ein paralleler Region-of-Interest-Vergleich (ROIs) wird durchgeführt, um regionale Volumina unter Verwendung des Automated Anatomical Labeling (AAL)-Atlas als Referenz abzuschätzen, wobei der Schwerpunkt wiederum auf DLPFC/VLPFC, Amygdala und Hippocampus liegt. Schließlich wird eine zusätzliche regionale Analyse auf Basis der Freesurfer-Software es den Forschern ermöglichen, die kortikale Dicke, die kortikale Oberfläche und die kortikale Gyrifizierung der Regionen des Desikan-Killiany-Atlas abzuschätzen. Alle MRT- und PET-Analysen werden im Kontext eines allgemeinen linearen Modells unter Verwendung einer spezifischen Softwareimplementierung in MATLAB namens Statistical Parametric Mapping (SPM) durchgeführt.

Schließlich werden Neuroimaging-Daten und ncRNA-Expressionsprofile als Prädiktoren in der ML-Analyse verwendet. Aufgrund der geringen Stichprobengröße werden zunächst lineare Modelle (z. B. Support Vector Machine) verwendet. Um die Vorhersagekraft unserer Modelle zu verbessern, werden die Forscher später die ML-Methode namens Random Forest, einen vielseitigeren und leistungsfähigeren Klassifizierungsalgorithmus und den XGBoost-Algorithmus (eXtreme Gradient Boosting) anwenden. Um eine Überanpassung des Lernprozesses zu vermeiden, wird eine „Gitter“-Suche nach Modellhyperparametern durchgeführt. Zur Validierung der Ergebnisse wird eine 5-fache Kreuzvalidierung verwendet, wobei die Aufteilung zwischen den Trainingstests 80 % bis 20 % beträgt.