L'origine energetica della neurodegenerazione nella SM (ENERGYSEP)

1. GIUSTIFICAZIONE DELLA RICERCA

1.1 La disregolazione energetica è un processo chiave nella fisiopatologia della neurodegenerazione nella SM

Diversi meccanismi sono stati suggeriti per svolgere un ruolo importante nella fisiopatologia della neurodegenerazione nella sclerosi multipla (SM), tra cui: demielinizzazione infiammatoria, eccitotossicità, stress ossidativo e disfunzione del canale ionico. Ciascuno di questi meccanismi è potenzialmente implicato nell'indurre una disregolazione energetica. Inoltre, l'idea che l'interruzione precoce dell'energia neuronale possa giocare un ruolo chiave nella degenerazione assonale è sempre più riconosciuta. In queste condizioni fisiologiche, l'integrità della guaina mielinica non solo consente un'efficiente conduzione saltatoria del potenziale d'azione, ma aiuta anche a mantenere l'ambiente per la sopravvivenza neuronale assicurando la corretta quantità di energia cellulare.

Dopo la rottura e l'infiammazione della mielina, molteplici cambiamenti adattativi costringono il neurone a entrare in uno stato temporaneo di "ipossia virtuale". Infatti, la perdita di copertura assonale determina la ridistribuzione del VGSC lungo l'assone e la riespressione di NaV1.2.

Inoltre, la demielinizzazione induce la proliferazione mitocondriale lungo gli assoni danneggiati, insieme a un complesso per l'iperattività al fine di supportare la pompa sodio/potassio. Questi meccanismi compensatori superano inizialmente il blocco di conduzione derivante dalla demielinizzazione, ma in tali condizioni i gradienti elettrochimici transmembrana vengono mantenuti a scapito di un aumento della richiesta di energia.

Questa richiesta di energia supplementare porta a un disequilibrio tra domanda e offerta di energia, chiamato "ipossia virtuale neuronale". Nella SM il disagio energetico è aggravato dall'ambiente infiammatorio, che influisce sulla funzione mitocondriale ed è associato a una deformazione strutturale cellulare. Questa condizione di disfunzione energetica è potenzialmente reversibile nei primi stadi della malattia ma, se non regredita dopo un certo tempo, induce una cascata caratterizzata da fallimento della funzione mitocondriale, produzione di radicali liberi e disfunzione dell'ATPasi sodio/potassio. La disfunzione della pompa ionica induce un accumulo di sodio intercellulare con un'inversione del flusso di calcio operata dalla pompa Na+/Ca2+. L'afflusso intracellulare di calcio alla fine porta a una degenerazione neuronale irreversibile. Pertanto, l'identificazione in vivo della fase iniziale della disfunzione energetica neuronale che procede alla morte neuro-assonale e la comprensione della sua relazione temporale con la degenerazione neuronale reversibile è essenziale per lo sviluppo di terapie volte a invertire questo processo degenerativo e mantenere l'integrità neuronale a lungo termine.

1.2 Disregolazione energetica dell'imaging: stato dell'arte

L'ottimizzazione negli ultimi anni di tecniche innovative basate sulla risonanza magnetica (MR) come la risonanza magnetica del sodio (23Na), la spettroscopia del fosforo (31P-MRI) e la spettroscopia pesata in diffusione (DW-MRS), hanno consentito la produzione di dati promettenti che consentono di chiarire diversi aspetti della fase iniziale della disregolazione energetica nella SM.

Diversi studi che utilizzano 23Na MRI hanno mostrato un aumento della concentrazione di sodio totale nel cervello dei pazienti con SM, che è correlato alla disabilità clinica. Più recentemente, sono state proposte tecniche più sofisticate per quantificare la concentrazione di 23Na, come il "triplo filtro quantistico (TQF) imaging", che consente la differenziazione tra sodio intracellulare ed extracellulare, fornendo così informazioni uniche sulla fase iniziale della disregolazione energetica. A causa della sensibilità relativamente debole della risonanza magnetica 23Na, la risonanza magnetica ad alto campo è particolarmente adatta per TQF. Il team guidato dalla professoressa Matilde Inglese ha recentemente applicato l'imaging TQF a 7 tesla nella SM, dimostrando che i pazienti con una forma recidivante/remittente della malattia (RR-SM) hanno una maggiore concentrazione di sodio intracellulare rispetto ai volontari sani. Ciò riflette l'accumulo intracellulare patologico di 23Na come conseguenza della disfunzione dell'ATpasi Na+ K+.

31-MRS consente la misurazione diretta della concentrazione nel cervello di fosfocreatina (PCr) e adenosina trifosfato (ATP), che è la principale valuta energetica delle cellule. 31P-MRS a 3T ha dimostrato che i pazienti con SM presentano livelli di PCr più elevati nella sostanza bianca apparentemente normale rispetto ai controlli sani. 21P-MRS ha anche mostrato che la percentuale di beta-ATP era più alta nella RR-MS e più bassa nelle forme progressive, riflettendo uno "stato energetico relativamente alto" nelle prime fasi della malattia, con una riduzione nella fase progressiva, lasciando spazio a degenerazione assonale.

Importanti processi tecnici sono stati raggiunti attraverso la riuscita generazione di dati 31P-MRS a 7T.

DW-MRS fornisce misurazioni in vivo delle proprietà di diffusione della creatina (Cr) + PCr. In un recente studio che utilizzava DW-MRS a 3T, i ricercatori hanno trovato una ridotta diffusività di Cr + PCr nella sostanza bianca apparentemente normale e nel talamo di pazienti con SM rispetto a controlli sani, riflettendo una riduzione dell'energia riservata nei neuroni e nelle cellule gliali . Due ipotesi alternative potrebbero spiegare la riduzione osservata della diffusività di Cr+PCr: un alterato trasporto intracellulare di creatina, in particolare dagli oligodendrociti ai neuroni dall'uno all'altro, o un ridotto consumo di PCr dovuto ad un'alterata funzione della creatina chinasi B.

Nel complesso, questi risultati confermano il forte potenziale della combinazione di queste diverse tecniche (23Na MRI, 31PMRS e DW-MRS) al fine di ottenere informazioni innovative su ogni aspetto della cascata patogena che collega la disregolazione energetica alla degenerazione neuro-assonale nella SM.

2. OBIETTIVI

2.1 Obiettivo principale

L'obiettivo principale di questo progetto è esplorare la relazione tra i parametri derivati ​​dalla risonanza magnetica che riflettono la disregolazione energetica nelle regioni sensoriali motorie (MSR) all'ingresso nello studio e i parametri della neurodegenerazione nella MSR dopo 24 mesi nei pazienti con RR-MS e PMS rispetto a volontari sani, attraverso una combinazione di MRI quantitativa 23Na, 31P-MRS e DW-MRS e misurazioni dello spessore corticale.

2.2 Obiettivi secondari

Gli obiettivi secondari di questa ricerca saranno:

(i) Confrontare le metriche derivate dalla risonanza magnetica della disregolazione energetica tra pazienti e controlli nell'intero cervello e l'MSR all'ingresso nello studio.

(ii) Definire le correlazioni tra le metriche derivate dalla risonanza magnetica della disregolazione energetica e la demielinizzazione corticale all'ingresso nello studio, nonché la mielinizzazione corticale dopo 12 mesi.

(iii) Studiare la correlazione tra la risonanza magnetica del 23Na corticale all'inizio dello studio e l'evoluzione del volume corticale nell'arco di 24 mesi.

(iv) Studiare le correlazioni tra le metriche derivate dalla risonanza magnetica della disregolazione energetica e il danno assonale precoce, nonché la densità assonale-dendritica nell'intero cervello e nel MSR: 1) all'inizio dello studio; 2) nel periodo di follow-up di 24 mesi.

(v) Studiare la relazione tra le metriche derivate dalla risonanza magnetica della disregolazione energetica e i cambiamenti della connettività cerebrale all'inizio dello studio, a 12 e 24 mesi.

(vi) Stabilire le correlazioni tra le metriche derivate dalla risonanza magnetica e i neurofilamenti sierici misurati all'ingresso nello studio, a 12 e 24 mesi.

(vii) Stabilire il contributo delle metriche derivate dalla risonanza magnetica delle disregolazioni energetiche alla disabilità clinica e alla disfunzione cognitiva, all'inizio dello studio ea 24 mesi.

3. CONCEZIONE DEL PROGETTO DI RICERCA

3.1 Tipologia del progetto di ricerca

Si tratta di un progetto di ricerca monocentrico sull'essere umano con finalità fisiopatologiche (nessun prodotto sanitario coinvolto), della durata di 24 mesi, il cui scopo è quello di esplorare il ruolo della disregolazione energetica nella neurodegenerazione, che è il principale substrato patologico della progressione clinica nei pazienti con SM. Il nostro obiettivo è indagare la relazione tra disfunzione energetica e danno neuro-assonale nei pazienti con SM rispetto ai controlli sani, utilizzando una combinazione di metodi di imaging e test clinici, cognitivi e biologici.

Dato che le tecniche utilizzate nello studio prevedono metodi di imaging con l'iniezione di agenti di contrasto, la ricerca sarà classificata come ricerca interventistica di categoria 1, secondo la Legge Jardé.

3.2 Metodologia della ricerca

Questa è una ricerca clinico-radiologica non randomizzata, controllata, in aperto.

I pazienti saranno selezionati dalle coorti seguite presso il Dipartimento di Neurologia dell'Ospedale Saint-Antoine e il Dipartimento di Patologie del Sistema Nervoso dell'Ospedale Pitié-Salpêtrière. Riceveranno una prima informazione sulla ricerca durante la consultazione, e in questa occasione potrà essere consegnato il modulo informativo.

I volontari sani saranno selezionati tra i volontari del Centro di Investigazione Clinica (CIC) dell'Ospedale Pitié-Salpêtrière.

Tutti i partecipanti saranno inseriti presso il CIC del Brain and Spine Institute (ICM) - Pitié-Salpêtrière Hospital.

Un gruppo di pazienti con RR-MS (n=20) e progressivo (PP-MS o SP-MS, n=20) sarà studiato e confrontato con un gruppo di volontari sani (n=15), abbinati per età e sesso (ma senza corrispondenza 1:1 tra pazienti e controlli). La scelta di abbinare un campione di 40 pazienti a un campione di 15 volontari sani si basa sul calcolo del numero minimo di osservazioni per gruppo necessarie per rilevare una differenza tra i gruppi nei criteri di valutazione, utilizzando un modello di regressione lineare multivariabile.

Ogni paziente e volontario sano sarà sottoposto a quattro visite:

Visita 1 (visita di inclusione) - D0: ICM (CIC/CENIR) (visita clinica di 30 minuti + 3 T MRI di 65 minuti)

• informazioni, verifica dei criteri di inclusione/esclusione, firma del modulo di consenso informato
• valutazione neurologica (EDSS, punteggi MRC) e test della fatica (MFIS, dinamometro idraulico a mano Jamar) per valutare il livello di compromissione fisica
• test neuropsicologici (BICAMS) per valutare il livello di deterioramento cognitivo
• test di gravidanza per tutte le donne in età fertile
• 3T MRI - con iniezione di gadolinio solo per i pazienti (vedere 8.1 per le procedure di somministrazione) - con sequenze DW-MRS per quantificare la diffusività di tCr et NAA (N-acetil aspartato) in un voxel centrato sul MSR, e con sequenze per volumetrico, strutturale e analisi funzionali (65 min)
• prelievo di sangue (4 mL) per la ricerca di neurofilamenti come marcatori biologici di neurodegenerazione.

Visita 2 - M1: NeuroSpin (Centro CEA a Saclay, Gif-sur-Yvette, Francia) (120 minuti)

• Test di gravidanza urinario per tutte le donne in età fertile
• MRI 7T comprendente una MRI 23Na dell'intero cervello e una MRS 31P centrata sul voxel MSR per la quantificazione di sodio, ATP e PCr (1h40min)

Visita 3 - M12: ICM (CIC/CENIR) (visita clinica di 15 minuti + 3 T MRI di 65 minuti)

• valutazione neurologica (EDSS, punteggi MRC) e test della fatica (MFIS, dinamometro idraulico a mano Jamar) per valutare il livello di compromissione fisica
• test di gravidanza per tutte le donne in età fertile
• 3T MRI - utilizzando lo stesso protocollo di V1 - con iniezione di gadolinio solo per i pazienti (vedere 8.1 per le procedure di somministrazione) - con sequenze DW-MRS per quantificare la diffusività di tCr et NAA (N-acetil aspartato) in un voxel centrato sulla MSR, e con sequenze per analisi volumetriche, strutturali e funzionali (65 min)
• prelievo di sangue (4 mL) per la ricerca di neurofilamenti come marcatori biologici di neurodegenerazione.

Visita 4 - M24: ICM (CIC/CENIR) (visita clinica di 30 minuti + 3 T MRI di 65 minuti)

• valutazione neurologica (EDSS, punteggi MRC) e test della fatica (MFIS, dinamometro idraulico a mano Jamar) per valutare il livello di compromissione fisica
• test neuropsicologici (BICAMS) per valutare il livello di deterioramento cognitivo
• test di gravidanza per tutte le donne in età fertile
• 3T MRI - utilizzando lo stesso protocollo di V1 - con iniezione di gadolinio solo per i pazienti (vedere 8.1 per le procedure di somministrazione) - con sequenze DW-MRS per quantificare la diffusività di tCr et NAA (N-acetil aspartato) in un voxel centrato sulla MSR, e con sequenze per analisi volumetriche, strutturali e funzionali (65 min)
• prelievo di sangue (4 mL) per la ricerca di neurofilamenti come marcatori biologici di neurodegenerazione.