Combinazione di risonanza magnetica multiparametrica ed elettrofisiologia per lo sviluppo di nuovi biomarcatori nelle malattie del midollo spinale (SPINE2)

Il midollo spinale è un sito comune per lo sviluppo di diversi disturbi neurologici neurodegenerativi (atrofia muscolare spinale o SMA, sclerosi laterale amiotrofica o SLA, atrofia muscolare bulbare spinale legata all'X o SBMA). In proporzioni diverse, queste malattie comportano la perdita assonale nei grandi funicoli della sostanza bianca spinale, la loro demielinizzazione e la perdita dei motoneuroni del corno ventrale o dei motoneuroni della sostanza grigia spinale. La mancanza di biomarcatori specifici di questi danni spinali macro e microscopici, rende difficile la diagnosi differenziale e il monitoraggio di queste malattie.

Le tecniche per esplorare in modo non invasivo il sistema nervoso centrale umano, come la risonanza magnetica (MRI) e l'elettrofisiologia, sono potenziali strumenti per estrarre specifici biomarcatori di danni spinali. Tuttavia, le tecniche di imaging sono ancora poco sviluppate a livello spinale per ragioni tecniche (antenne specifiche), anatomiche (dimensioni del midollo spinale, vertebre) e fisiologiche (movimenti cardio-respiratori). Tuttavia, i recenti progressi nel campo dell'imaging del midollo spinale hanno permesso di estrarre dati quantitativi sulla perdita di neuroni, la degenerazione assonale e la demielinizzazione in diverse patologie spinali sia degenerative (SLA o SMA) che traumatiche (SCI). Sono state trovate correlazioni con i dati clinici e, nei pazienti con SLA, i cambiamenti nelle metriche della risonanza magnetica nel tempo sono stati paralleli al deterioramento funzionale. Le tecniche elettrofisiologiche sono utilizzate da molto tempo, portando ad una buona conoscenza della neurofisiologia del midollo spinale umano. Inoltre, l'elettrofisiologia fornisce indirettamente dati su scala microscopica, fornendo informazioni sull'eccitabilità delle reti neurali spinali e fornendo una stima della quantità di neuroni funzionali.

Combinando queste tecniche per l'indagine del midollo spinale umano in vivo, l'obiettivo è quello di estrarre nuovi biomarcatori utilizzando come modelli di studio, malattie del midollo spinale che interessano in modo differenziato la materia bianca e grigia (SMA, SBMA e ALS).

In un primo momento, verranno eseguiti nuovi metodi di diffusione MRI e modellazione in soggetti sani per valutare la densità assonale e il diametro delle fibre nella sostanza bianca. L'imaging anatomico T2 misurerà i parametri geometrici del midollo spinale come la sua superficie e/o volume ad un dato livello vertebrale. Grazie all'imaging, costruiremo tramite metodi di segmentazione ed elaborazione delle immagini, un atlante del midollo spinale che permetterà di localizzare spazialmente l'atrofia spinale nei pazienti. Dopo questa fase di validazione, verrà condotto uno studio sui pazienti utilizzando queste nuove tecniche di risonanza magnetica, in aggiunta a quelle già sviluppate in laboratorio. Il contributo dell'elettrofisiologia sarà quello di valutare più accuratamente il danno microscopico. I dati quantitativi di imaging ed elettrofisiologia saranno correlati con i dati clinici al fine di estrarre i biomarcatori più rilevanti.

Questo progetto ha quindi un interesse metodologico proponendo lo sviluppo di nuovi metodi per valutare il midollo spinale umano, sia a livello macro che microscopico. Questi metodi si basano sullo sviluppo delle tecniche sviluppate a livello spinale e che sono già applicabili alle patologie umane. La combinazione originale di imaging ed elettrofisiologia ci consentirà inoltre di analizzare ulteriormente il midollo spinale umano, sia anatomicamente che funzionalmente. Questo progetto ha un importante valore clinico per l'estrazione di biomarcatori nelle malattie in cui vi è un bisogno insoddisfatto di diagnosi, monitoraggio, prognosi e valutazione di nuove terapie.