Demielinizzazione e rimielinizzazione nella sclerosi multipla (SM) rilevate dalla PET-TC dell'amiloide cerebrale

La sclerosi multipla (SM) è una malattia autoimmune che colpisce il sistema nervoso centrale con conseguente insorgenza di vari sintomi sensoriali, motori, sfinterici e talvolta cognitivi. È caratterizzata dalla presenza di infiltrati infiammatori linfomonocitari, demielinizzazione, danno assonale, attivazione dell'immunità innata, astrogliosi e rimielinizzazione. Negli ultimi anni la Risonanza Magnetica (MRI) ha compiuto enormi progressi nella diagnosi e nel follow-up dei pazienti, evidenziando le lesioni encefaliche e spinali, il loro numero e il relativo carico lesionale, la localizzazione e l'interessamento corticale nonché la presenza di sangue -alterazioni della barriera cerebrale nelle prime fasi della malattia, associate all'attivazione dell'immunità acquisita con conseguente danno infiammatorio.

Le placche di demielinizzazione hanno sul loro bordo esterno una sottile parete di cellule microgliali contenenti ferro che possono essere rilevate mediante sequenze e tecniche MRI di suscettibilità magnetica ad alta risoluzione. Tali placche, conosciute dai neuropatologi come placche "fumanti", sono caratterizzate da una periferia che si allarga concentricamente causando mielina e danno neuronale mentre al centro della lesione il processo di perdita di mielina diventa completo. Le placche smoldering, più frequenti nelle forme progressive della malattia, sono peculiari della SM rispetto ad altre malattie demielinizzanti e sono associate ad un significato prognostico negativo.

La Tomografia ad Emissione di Positroni (PET) è una tecnica che permette di analizzare in vivo il metabolismo di alcuni componenti del sistema nervoso centrale, come i neuroni e la glia, e, in casi particolari, di evidenziare la funzione sinaptica e gli accumuli proteici anomali. Negli ultimi anni la PET è stata utilizzata nella SM soprattutto per scopi di ricerca: permette di valutare il grado di demielinizzazione e rimielinizzazione mediante l'utilizzo di traccianti amiloidi che si legano alla sostanza bianca, nonché il grado di attivazione microgliale o di compromissione sinaptica applicando particolari traccianti radioisotopi (ligandi TPSO o glicoproteina 2A delle vescicole sinaptiche). La combinazione di RM e PET potrebbe fornire informazioni dettagliate non solo sul grado e sull'entità della compromissione del sistema nervoso, ma anche sulle popolazioni cellulari più colpite, sull'attività metabolica delle aree encefaliche colpite e sul grado di successo del danno tentativi di riparazione.

Lo scopo di questo progetto di ricerca è quello di studiare, applicando tecniche di risonanza magnetica e PET, una popolazione di pazienti con SM progressiva (PMS) con una compromissione relativamente significativa e una popolazione di pazienti con una forma recidivante-remittente della malattia (SMRR) con una minore significativa compromissione neurologica. Lo scopo è quello di studiare placche cronicamente attive o 'smoldering', con tecniche di RM di suscettività magnetica e tecniche PET con traccianti amiloidi, placche cronicamente inattive e più recenti placche T2/Flair positive, con o senza contrasto enhancement, al fine di verificarne e quantificarne la presenza e correlarne il numero, la morfologia e la localizzazione con il grado di disabilità, il decorso clinico, l'evoluzione della malattia e i dati di laboratorio, valutando caso per caso l'entità del processo di demielinizzazione e rimielinizzazione e il grado di attivazione dell'immunità innata. I dati ottenuti saranno elaborati e valutati per identificare le differenze di risonanza magnetica e PET nei vari decorsi della malattia e per ottenere informazioni sui diversi percorsi di sviluppo della malattia nei pazienti.

Disegno dello studio I pazienti arruolati saranno sottoposti a una risonanza magnetica cerebrale, una scansione PET cerebrale con tracciante dell'amiloide e scale di valutazione funzionale al momento del reclutamento.

Tutti i pazienti saranno sottoposti a valutazione clinica e vari test:

• Scala composita funzionale EDSS e MS
• Mini-BESTest
• Test TUG, MSWS-12, scala di equilibrio Berg (BBS)
• Il test del piolo a nove fori (9-HPT) per l'arto superiore destro e sinistro.
• Funzioni cognitive valutate da Brief International Cognitive Assessment for MS (BICAMS) e MMSE

Verranno eseguite analisi di laboratorio dei marcatori sierici. In particolare, le proteine ​​citoscheletriche neuronali e gliali (ad es. Nf-L, pN-FH, GFAP) come indici di danno cerebrale (danno assonale e cellulare), saranno considerati e quantificati.

I livelli di fattori neurotrofici specifici (ad es. BDNF, GDNF) e citochine (ad es. saranno determinati TNFα, IL-6, IL-1β, interferone); vi è evidenza del loro coinvolgimento nella plasticità sinaptica, nelle funzioni cognitive e motorie e nei processi neuroinfiammatori tipici della SM.

Protocollo MRI Gli esami saranno eseguiti su uno scanner MRI 3T utilizzando una bobina cranica a 32 canali con sequenze ottimizzate e armonizzate dall'IRCCS Neuroscience Network.

Le sequenze che verranno acquisite saranno:

1. Immagine volumetrica sagittale pesata in T1 (MP-RAGE, risoluzione 1 mm) per studiare la morfologia e la volumetria dell'encefalo
2. Immagine volumetrica sagittale ponderata T2-FLAIR (risoluzione 1 mm) per la localizzazione e il contouring della lesione
3. una sequenza di immagini pesate in diffusione (EPI, risoluzione 2,5 mm, b=1000 e 2000 s/mm2, 30 direzioni per guscio) per lo studio della microstruttura tissutale e per l'identificazione di fasci di sostanza bianca patologica mediante trattografia
4. una sequenza 3D multi-echo gradient echo per la mappatura quantitativa della suscettibilità (risoluzione 1 mm, 8 echi) per lo studio della suscettibilità locale
5. una sequenza dello stato di riposo fMRI (EPI, risoluzione 3 mm, 200 volumi con una risoluzione temporale di 2,4 s) per lo studio delle reti dello stato di riposo funzionale.

Protocollo PET

Lo studio PET/TC verrà eseguito utilizzando un protocollo di acquisizione dual time:

- Acquisizione precoce L'acquisizione precoce inizia con il paziente già posizionato sul letto PET/CT e l'accesso venoso disponibile.

Viene eseguita una TAC a basso dosaggio per la correzione dell'attenuazione, viene avviata l'acquisizione PET in modalità lista e un paio di secondi dopo l'inizio vengono somministrati 300 MBq di 18F-Florbetaben seguiti da lavaggio con 10 ml di soluzione fisiologica.

L'acquisizione anticipata durerà 30 minuti.

- Acquisizione tardiva Viene eseguita una scansione TC a basso dosaggio per correggere l'attenuazione e la localizzazione anatomica, seguita da un'acquisizione PET in modalità elenco di 20 minuti in modo che le immagini vengano acquisite dopo 90 minuti (tolleranza: +10 minuti) di captazione radiofarmaceutica.

Tutte le ricostruzioni PET avranno le seguenti caratteristiche:

• Matrice 256 x 256, FOV 30 cm
• Algoritmo di ricostruzione 3D-OSEM con TOF e PSF e con correzioni standard per decadimento, attenuazione, dispersione, tempo morto
• 8 iterazioni, 32 sottoinsiemi, filtro gaussiano con FWHM di 5 mm. I dati grezzi saranno disponibili per possibili diverse iterazioni, decise a posteriori, per migliorare la qualità dell'immagine.

I pazienti non devono essere a digiuno o sospendere le terapie in corso.

Valutazioni MRI e PET MRI

1. Studio morfo-volumetrico encefalico automatizzato (Freesurfer), mediante acquisizione di sequenze convenzionali (T2w, FLAIR 3D, T1w-3D), armonizzate secondo protocollo RIN:

   1. spessore corticale;
   2. atrofia cerebrale globale;
   3. carico di lesioni;
   4. Sostanza bianca di aspetto normale (NAWM).

2. Rilevazione e studio delle lesioni croniche "fumanti" mediante la tecnica QSM, che consente valutazioni sia qualitative che quantitative dell'entità dell'accumulo di ferro intralesionale:

   1. Valutazione qualitativa:

      • Individuazione delle lesioni Rim+, definite come “lesioni non-enhancing con bordo perilesionale iperintenso”, con core iso-ipointenso;
      • Calcolo del volume globale delle lesioni Rim+ (in mm3), con successiva misurazione separata di core e Rim.

   2. Valutazione quantitativa

      • calcolo della suscettibilità globale delle lesioni Rim+ (espressa in ppb: parti per miliardo), rispetto al valore di riferimento CSF;
      • calcolo della suscettibilità di Rim e core, separatamente.

3. Valutazione delle lesioni attive valutando:

   1. Numero di lesioni con enhancement contrastografico (valutazione qualitativa);
   2. Tipo di miglioramento (nodulare o conchiglia). I vari parametri saranno valutati da tre operatori (radiologi con esperienza in neuroradiologia), con consenso e doppio controllo a 4 mesi dalla prima valutazione.

PET Verrà utilizzato un protocollo leggermente abbreviato con un'acquisizione dinamica di 30 minuti immediatamente dopo l'iniezione di 18F-Florbetaben seguita da un'acquisizione ritardata di 20 minuti (questa eseguita tra 90 e 110 minuti dopo l'iniezione). Il tracciante si lega alla NAWM e in misura minore alle placche attivamente demielinizzanti, che saranno quantificate. Inoltre, verrà utilizzata una metodologia oggettiva semi-quantitativa per ottenere dati sul grado di demielinizzazione dei diversi casi esaminati confrontando i dati della regione di interesse in esame con l'assorbimento di NAWM e l'assorbimento di un'area di riferimento.

In particolare, la semi-quantificazione prevista è una SUVr dove le ROI di captazione sono le lesioni pre-segmentate dal neuroradiologo alla RM (sequenze FLAIR e T1), mentre per le ROI di riferimento si valuteranno diverse possibilità: le ROI di captazione controlaterale (i.e. nella sostanza bianca se apparentemente normale alla risonanza magnetica), i punti caldi della sostanza bianca nell'acquisizione tardiva, la media della sostanza bianca con l'esclusione delle ROI di assorbimento. Verrà inoltre valutato il profilo di assorbimento dinamico dall'acquisizione precoce, utilizzando diverse ricostruzioni temporali.

Questa valutazione semiquantitativa sarà effettuata in collaborazione con i colleghi di Medicina Nucleare e dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Genova, che hanno una vasta esperienza nel settore e hanno recentemente pubblicato metodi semiquantitativi per la valutazione dell'indagine PET nella malattia di Alzheimer .

Misura di prova

Questo è uno studio esplorativo della correlazione tra risultati clinici, di laboratorio, MRI e PET. Le considerazioni sulla dimensione del campione sono omesse nel presente studio e possono essere incluse e perfezionate in futuri studi di conferma.

Risultati attesi L'obiettivo principale dello studio sarà verificare la presenza di correlazioni tra immagini PET e MRI indicative di attività infiammatoria cronica (smoldering placche), di apparente assenza di attività infiammatoria (placche silenti senza bordo microgliale) o indicative di infiammazione più recente attività, in aree che aumentano il contrasto o in aree T2/Flair positive di esordio non distante.

I dati PET saranno correlati con i parametri MRI convenzionali e con i dati clinici e di laboratorio. La scoperta di correlazioni significative sosterrebbe il ruolo della PET come strumento utile per valutare l'attività di demielinizzazione e rimielinizzazione, che può essere caratteristica di una certa fase della malattia o anche possibilmente di tipi specifici di singoli pazienti.

Particolare attenzione sarà rivolta allo studio delle lesioni croniche considerando i risultati promettenti riportati in recenti studi che mostrano la possibilità di distinguere lesioni silenti da lesioni croniche attive (definite "smoldering") caratterizzate da un nucleo di completa demielinizzazione e una periferia con elementi microgliali/macrofagici attivati .

La presenza di questo 'bordo periferico' può essere valutata quantitativamente in vivo mediante sequenze di risonanza magnetica QSM (Quantitative Susceptibility Mapping) con studio del campo magnetico 3T con buona attendibilità rispetto al correlato istologico.

L'associazione e la fusione dei dati di imaging MRI strutturale (relativi sia alle aree di demielinizzazione che ai depositi di ferro) con i dati PET (relativi ai depositi di amiloide) può meglio consentire di identificare, all'interno di una coorte di pazienti con lesioni demielinizzanti croniche, lesioni di tipo smoldering in cui la demielinizzazione processo ancora in corso e che quindi, oltre a indicare un fattore predittivo del fallimento del processo di rimielinizzazione, correlano con una maggiore durata della malattia e un decorso più progressivo.

L'esame dosimetrico PET/TC con 18F-Florbetaben è giustificato in considerazione del rapporto rischio/beneficio per il paziente. Dopo la somministrazione del radiofarmaco, il paziente riceverà inevitabilmente una certa dose di radiazioni. L'attività da somministrare è stata fissata a 300 MBq, che è al di sotto del limite superiore di 360 MBq, al fine di ottenere un esame PET di buona accuratezza diagnostica con una ragionevole dose di radiazioni.