Moniparametrisen MRI:n ja sähköfysiologian yhdistelmä uusien biomarkkerien kehittämiseksi selkäydinsairauksissa (SPINE2)

Selkäydin on yleinen paikka useiden neurodegeneratiivisten neurologisten sairauksien kehittymiselle (spinaalinen lihasatrofia tai SMA, amyotrofinen lateraaliskleroosi tai ALS, X-linkitty spinaalinen bulbar lihasatrofia tai SBMA). Näihin sairauksiin liittyy eri suhteissa aksonien menetys selkärangan valkoisen aineen suurissa funikuleissa, niiden demyelinisaatio ja selkärangan harmaan aineen motoristen neuronien tai motoneuronien häviäminen. Näiden makro- ja mikroskooppisten selkärangan vaurioiden spesifisten biomarkkereiden puute vaikeuttaa näiden sairauksien erotusdiagnoosia ja seurantaa.

Tekniikat ihmisen keskushermoston ei-invasiiviseksi tutkimiseksi, kuten magneettikuvaus (MRI) ja sähköfysiologia, ovat mahdollisia työkaluja spesifisten selkärangan vaurioiden biomarkkereiden erottamiseen. Kuvaustekniikat ovat kuitenkin vielä heikosti kehittyneitä selkärangan tasolla teknisistä (erityiset antennit), anatomisista (selkäytimen koko, nikamat) ja fysiologisista syistä (sydän-hengitysliikkeet). Viimeaikaiset edistysaskeleet selkäytimen kuvantamisessa mahdollistivat kuitenkin kvantitatiivisten tietojen poimia hermosolujen katoamisesta, aksonien rappeutumisesta ja demyelinisaatiosta erilaisissa selkärangan sairauksissa, olivatpa ne rappeuttavia (ALS tai SMA) tai traumaattisia (SCI). Korrelaatioita havaittiin kliinisten tietojen kanssa, ja ALS-potilailla MRI-mittareiden muutokset ajan myötä olivat rinnakkain toiminnan heikkenemisen kanssa. Sähköfysiologisia tekniikoita on käytetty pitkään, mikä on johtanut hyvään tuntemukseen ihmisen selkäytimen neurofysiologiasta. Lisäksi elektrofysiologia tarjoaa epäsuorasti tietoa mikroskooppisessa mittakaavassa, joka antaa tietoa selkärangan hermoverkkojen virittävyydestä ja antaa arvion toiminnallisten neuronien määrästä.

Yhdistämällä näitä tekniikoita ihmisen selkäytimen tutkimukseen in vivo, tavoitteena on poimia uusia biomarkkereita käyttämällä tutkimusmalleina selkäytimen sairauksia, jotka vaikuttavat eri tavalla valkoiseen ja harmaaseen aineeseen (SMA, SBMA ja ALS).

Aluksi uusia diffuusio-MRI- ja mallinnusmenetelmiä tehdään terveille koehenkilöille aksonitiheyden ja kuitujen halkaisijan arvioimiseksi valkoisessa aineessa. Anatominen kuvantaminen T2 mittaa selkäytimen geometriset parametrit, kuten sen pinnan ja/tai tilavuuden tietyllä nikamatasolla. Kuvantamisen ansiosta rakennamme segmentointi- ja kuvankäsittelymenetelmillä selkäytimen kartaston, jonka avulla voidaan paikantaa potilaiden spatiaalinen selkäydinatrofia. Tämän validointivaiheen jälkeen potilaille tehdään tutkimus käyttämällä näitä uusia MRI-tekniikoita laboratoriossa jo kehitettyjen tekniikoiden lisäksi. Sähköfysiologian panos on arvioida tarkemmin mikroskooppisia vaurioita. Kuvantamisen ja sähköfysiologian kvantitatiiviset tiedot korreloidaan kliinisten tietojen kanssa, jotta saadaan esiin tärkeimmät biomarkkerit.

Tällä hankkeella on siis metodologinen merkitys, sillä se ehdottaa uusien menetelmien kehittämistä ihmisen selkäytimen arvioimiseksi sekä makro- että mikroskooppisella tasolla. Nämä menetelmät perustuvat selkärangan tasolla kehitettyjen tekniikoiden kehittämiseen, joita voidaan jo soveltaa ihmisen patologioihin. Kuvantamisen ja sähköfysiologian alkuperäinen yhdistelmä mahdollistaa myös ihmisen selkäytimen analysoinnin edelleen, sekä anatomisesti että toiminnallisesti. Tällä hankkeella on tärkeä kliininen arvo biomarkkerien erottamisessa sairauksissa, joissa diagnosoinnissa, seurannassa, ennustamisessa ja uusien hoitojen arvioinnissa on täyttämätöntä tarvetta.