Az agyi metabolitok monitorozása proton és deutérium MR technikákkal (SIGNATURES2023)

Bevezetés – A világ népességének öregedését egyre inkább döntő társadalmi kihívásként ismerik el. Az agy öregedésével kapcsolatos jó minőségű anyagcsere-kutatás elvégzésére szolgáló eszközök azonban nagyon korlátozottak.

A javasolt tanulmány az öregedés során, valamint 10 Alzheimer-kórban (AD) szenvedő betegnél fellépő metabolikus agyi változások értékelési módszereire összpontosít. Az AD mellett 10 minimális kognitív károsodásban (MCI), 10 2-es típusú diabetes mellitusban (DM) és 10 magas fokú carotis stenosisban szenvedő beteget is megvizsgálunk.

Az agyi anyagcsere in vivo vizsgálatának jelenleg legjelentősebb klinikai módszere a pozitronemissziós tomográfia (PET), 18F-fluordezoxiglükóz (FDG) felhasználásával. Ennek a módszernek a legnagyobb hátránya az ionizáló sugárzás. A mágneses rezonancia spektroszkópiás képalkotáson (MRSI) alapuló módszer, az úgynevezett deutérium metabolikus képalkotás (DMI) kiterjeszti a protonalapú technikák által kínált MRSI-képességeket, és lehetővé teszi az in vivo glükóz-anyagcsere képalkotást ionizáló sugárzás nélkül. A DMI egyedülálló tulajdonsága, hogy a PET-től eltérően nem csak a glükózfelvételt térképezi fel, hanem olyan downstream termékeket is, mint a laktát, glutamát és glutamin, ezáltal lehetőséget kínál az öregedéssel és neurodegenerációval kapcsolatos anyagcserezavarok kimutatására.

A DMI viszonylag alacsony érzékenysége miatt erős mágneses mezőkre van szükség a jel-zaj arány (SNR) növeléséhez és a DMI engedélyezéséhez. A közelmúltban az első kereskedelmi forgalomban kapható Ultra High Field (UHF) 7T MR-szkennert klinikai használatra hagyták jóvá, és már elérhető Bernben, így elérhetővé téve a DMI-t. A kutatók motivációja az, hogy non-invazív, sugárzásmentes, deutérium és proton alapú MRSI módszereket biztosítsanak, amelyek lehetővé teszik az agy metabolikus vizsgálatát, és megalapozzák az öregedés hosszú távú longitudinális megfigyeléses vizsgálatait; olyasmi, amit PET-tel aligha lehet megtenni az egészséges kontrollok sugárterhelése miatt.

Célkitűzések - A javasolt projekt elsődleges célja 3D térbeli felbontású deutérium (2H) és proton (1H) alapú MRSI módszer kidolgozása az agyi metabolizmus vizsgálatához, és ennek a módszernek az alkalmazása egy in vivo megvalósíthatósági tanulmányban. A DMI kiegészítéseként a kutatók UHF 3D-felbontású, spektrálisan szerkesztett 1H-MRSI leképezést hoznak létre glükóz, gamma-aminovajsav (GABA) és glutamát esetében a kutatók nemrégiben kifejlesztett SLOW technikájával.

A másodlagos cél az agy anyagcsere-információinak 3D-s térbeli felbontású referencia atlasza létrehozása egészséges egyének számára. Az atlasz lehetővé teszi az egyes neurológiai betegségekben szenvedő betegek metabolikus információinak térbeli felbontású elemzését, összehasonlítva azokat egy normatív adatokkal a z-pontszámból származó abnormalitás felhasználásával. térképek.

Hipotézisek - (a.) A 3D-MRSI alapú glükóz/glutamát/laktát térképezés DMI használatával megkönnyíti az AD-betegek és az egészséges kontrollok közötti térbeli felbontású kvantitatív összehasonlítást z-score térképek használatával; (b.) A glükóz/GABA és a glutamát 1H-SLOW által szerkesztett MRSI-je megkönnyíti az AD-betegek és az egészséges kontrollok közötti térbeli felbontású kvantitatív összehasonlítást z-score térképek segítségével.

Módszerek – a nyomozók (i.) adaptálja az UHF 1H-EPSI MRSI szekvenciájukat a DMI-hez; (ii.) optimalizálják az 1H-SLOW által szerkesztett EPSI-szekvenciájukat, amelyek célja a GABA, a glutamát és a glükóz szerkesztése az egész agyban, az N-acetil-aszpartát (NAA), kolin, kreatin és aszpartát metabolitjaival együtt; (iii.) kiterjesztik specrIm-QMRS elemző eszközüket a 3D-2H-metabolikus adatkészletek számszerűsítésére és elemzésére, (iv.) kiszámítják az összes 3D-felbontású 1H- és 2H-MRSI metabolikus térképet, és együtt regisztrálnak nagy felbontású 3D-anatómiai képekkel; (v.) Módszertan kidolgozása a normatív adatok metabolikus atlaszának előállításához és z-pontszám alapú összehasonlítások elvégzése az atlasz segítségével.

Jelentősége – Valószínű, hogy az MRI térerősségének növekedése továbbra is egyre inkább elérhetővé teszi a DMI-t kutatási és klinikai alkalmazások számára. Az UHF DMI és az 1H-EPSI MRSI nem invazív módot biztosít az agyi anyagcsere számszerűsítésére. A DMI a glükóz anyagcseréről, míg az 1H-SLOW a glükóz-, GABA- és glutamát-koncentrációról nyújt információt. Az MRSI-adatelemzés javasolt megközelítése alapvetően különbözik a klinikai MRSI-ben jelenleg alkalmazott megközelítéstől, és lehetővé tenné a normatív metabolikus jellemzőktől való finom eltérések kimutatását és megjelenítését. Sikeres esetben az UHF metabolikus képalkotás sugárzásmentes modalitást kínálna, amelyet ismételten alkalmazni lehetne fiatal és egészséges alanyoknál az öregedés tanulmányozására. Fontos, hogy a javasolt módszerek mélyebb betekintést nyújtanak a bioenergetikába, különösen a mitokondriális működésbe, az oxidatív foszforilációba és az alternatív tüzelőanyagok agyi energiaellátásra való felhasználásába, olyan információkhoz, amelyeket az FDG-PET nem tud biztosítani. Ezen túlmenően, a normatív adatkészleteket használó összehasonlító elemzések megkönnyítenék a károsodott agyi bioenergetikájú rendellenességek széles spektrumának vizsgálatát, például a neurodegenerációt, az ideggyulladást, de a központi idegrendszerre nem specifikus betegségeket is, mint például az elhízás és a cukorbetegség, amelyek mindegyike jelentős társadalmi-gazdasági hatással bír.