Surveillance des métabolites cérébraux à l'aide des techniques d'IRM au proton et au deutérium (SIGNATURES2023)

Introduction - Le vieillissement de la population mondiale est de plus en plus reconnu comme un défi sociétal crucial. Pourtant, les outils permettant d’effectuer des recherches métaboliques de haute qualité sur le vieillissement du cerveau sont très limités.

L'étude proposée se concentrera sur les méthodes permettant d'évaluer les changements métaboliques cérébraux qui se produisent au cours du vieillissement ainsi que chez 10 patients atteints de la maladie d'Alzheimer (MA). Outre la MA, 10 patients présentant une déficience cognitive minime (MCI), 10 patients atteints de diabète sucré de type 2 (DM) et 10 patients présentant une sténose carotidienne de haut grade seront examinés.

La méthode clinique actuellement la plus importante pour étudier le métabolisme cérébral in vivo est la tomographie par émission de positons (TEP) utilisant le 18F-fluorodésoxyglucose (FDG). Un inconvénient majeur de cette méthode réside dans les rayonnements ionisants. Une méthode basée sur l'imagerie spectroscopique par résonance magnétique (MRSI), appelée imagerie métabolique au deutérium (DMI), étend les capacités MRSI offertes par les techniques basées sur les protons et permet une imagerie in vivo du métabolisme du glucose sans rayonnement ionisant. Une caractéristique unique du DMI est que, contrairement au PET, il cartographie non seulement l'absorption du glucose, mais également les produits en aval tels que le lactate, le glutamate et la glutamine, offrant ainsi la possibilité de détecter les perturbations métaboliques associées au vieillissement et à la neurodégénérescence.

En raison de la sensibilité relativement faible du DMI, des champs magnétiques puissants sont nécessaires pour augmenter le rapport signal sur bruit (SNR) et activer le DMI. Récemment, le premier scanner IRM 7T à ultra haut champ (UHF) disponible dans le commerce a été approuvé pour une utilisation clinique et est désormais disponible à Berne, rendant ainsi le DMI accessible. La motivation des enquêteurs est de fournir des méthodes MRSI non invasives, sans rayonnement, basées sur le deutérium et les protons, permettant des études métaboliques du cerveau et jeter les bases d'études observationnelles longitudinales à long terme du vieillissement ; quelque chose qui peut difficilement être réalisé avec la TEP en raison de la charge de rayonnement pour les témoins sains.

Objectifs - L'objectif principal du projet proposé est d'établir une méthodologie MRSI 3D basée sur le deutérium (2H) et le proton (1H) résolue spatialement pour les études du métabolisme cérébral et d'appliquer cette méthodologie dans une étude de faisabilité in vivo. Pour compléter le DMI, les enquêteurs établiront une cartographie 1H-MRSI à édition spectrale résolue en 3D UHF pour le glucose, l'acide gamma-aminobutyrique (GABA) et le glutamate en utilisant la technique récemment développée par les enquêteurs appelée SLOW.

L'objectif secondaire est de créer un atlas de référence 3D spatialement résolu des informations métaboliques du cerveau pour des individus en bonne santé. L'atlas permettra une analyse spatialement résolue des informations métaboliques de patients individuels souffrant de troubles neurologiques en les comparant à des données normatives utilisant une anomalie dérivée du score z. des cartes.

Hypothèses - (a.) La cartographie glucose/glutamate/lactate basée sur 3D-MRSI utilisant DMI facilite les comparaisons quantitatives résolues spatialement entre les patients atteints de MA et les contrôles sains à l'aide de cartes z-score ; (b.) Le MRSI édité en 1H-SLOW de glucose/GABA et de glutamate facilite les comparaisons quantitatives résolues spatialement entre les patients atteints de MA et les témoins sains à l'aide de cartes de score z.

Méthodes - les enquêteurs (i.) adapter leur séquence MRSI UHF 1H-EPSI pour DMI ; (ii.) optimiser leur séquence EPSI éditée par 1H-SLOW visant à mesurer dans le cerveau entier l'édition du GABA, du glutamate et du glucose, ainsi que les métabolites N-acétyl-aspartate (NAA), choline, créatine et aspartate ; (iii.) étendre leur outil analytique spectrIm-QMRS pour quantifier et analyser les ensembles de données métaboliques 3D-2H, (iv.) calculer toutes les cartes métaboliques 1H et 2H-MRSI résolues en 3D et co-enregistrer avec des images anatomiques 3D haute résolution ; (v.) développer une méthodologie pour générer un atlas métabolique de données normatives et effectuer des comparaisons basées sur le score z à l'aide de l'atlas.

Importance - Il est probable que la tendance à l'augmentation de l'intensité du champ en IRM continuera à rendre le DMI de plus en plus disponible pour la recherche et les applications cliniques. UHF DMI et 1H-EPSI MRSI fourniront un moyen non invasif de quantifier le métabolisme cérébral. DMI offre des informations sur le métabolisme du glucose, tandis que 1H-SLOW sur les concentrations de glucose, de GABA et de glutamate. L'approche proposée pour l'analyse des données MRSI est fondamentalement différente de celle actuellement appliquée en clinique MRSI et permettrait de détecter et d'afficher même des variations subtiles par rapport aux caractéristiques métaboliques normatives. En cas de succès, l’imagerie métabolique UHF offrirait une modalité sans rayonnement, qui pourrait être appliquée à plusieurs reprises chez des sujets jeunes et en bonne santé pour étudier le vieillissement. Il est important de noter que les méthodes proposées fourniront des informations plus approfondies sur la bioénergétique, en particulier sur la fonction mitochondriale, la phosphorylation oxydative et l'utilisation de carburants alternatifs pour l'approvisionnement en énergie du cerveau, informations que le FDG-PET ne peut pas fournir. De plus, des analyses comparatives utilisant des ensembles de données normatives faciliteraient les études sur le large spectre de troubles liés à une bioénergétique cérébrale altérée, par exemple la neurodégénérescence, la neuroinflammation, mais aussi des maladies non spécifiques au système nerveux central comme l'obésité et le diabète, toutes ayant un impact socio-économique élevé.