陽子および重水素 MR 技術を使用した脳代謝物のモニタリング (SIGNATURES2023)

はじめに - 世界人口の高齢化は、重大な社会的課題としてますます認識されています。 しかし、脳の老化に関する質の高い代謝研究を行うためのツールは非常に限られています。

提案された研究は、アルツハイマー病（AD）患者10人だけでなく、加齢に伴って起こる脳の代謝変化を評価する方法に焦点を当てている。 ADとは別に、軽度認知障害（MCI）の患者10人、2型糖尿病（DM）の患者10人、および高度の頸動脈狭窄の患者10人も検査される。

インビボでの脳代謝を研究するための現在最も著名な臨床方法は、18F-フルオロデオキシグルコース (FDG) を使用する陽電子放出断層撮影法 (PET) です。 この方法の大きな欠点は電離放射線です。 重水素代謝イメージング (DMI) と呼ばれる磁気共鳴分光イメージング (MRSI) ベースの方法は、陽子ベースの技術によって提供される MRSI 機能を拡張し、電離放射線を使用せずに生体内での糖代謝イメージングを可能にします。 DMI のユニークな特徴は、PET とは異なり、グルコースの取り込みだけでなく、乳酸、グルタミン酸、グルタミンなどの下流生成物もマッピングすることで、老化や神経変性に関連する代謝障害を検出できる可能性を提供することです。

DMI の感度は比較的低いため、信号対雑音比 (SNR) を高めて DMI を有効にするには、強力な磁場が必要です。 最近、最初の市販の超高磁場 (UHF) 7T MR スキャナーが臨床使用として承認され、ベルンで利用できるようになり、DMI が利用できるようになりました。 研究者らの動機は、脳の代謝研究を可能にする非侵襲的で放射線を使わない重水素および陽子ベースのMRSI法を提供し、老化の長期縦断観察研究の基礎を築くことである。健康な対照者には放射線負荷があるため、PET ではほとんど実行できないことです。

目的 - 提案されたプロジェクトの主な目標は、脳代謝研究のための 3D 空間分解重水素 (2H) および陽子 (1H) ベースの MRSI 方法論を確立し、この方法論を生体内実現可能性研究に適用することです。 DMIを補完するために、研究者らは、研究者らが最近開発したSLOWと呼ばれる技術を使用して、グルコース、ガンマアミノ酪酸（GABA）およびグルタミン酸のUHF 3D分解スペクトル編集1H-MRSIマッピングを確立する予定である。

第 2 の目標は、健康な個人の脳の代謝情報の 3D 空間分解参照アトラスを作成することです。このアトラスにより、Z スコア由来の異常を使用して標準データと比較することにより、神経疾患を有する個々の患者の代謝情報を空間分解して分析できるようになります。地図。

仮説 - (a.) DMI を使用した 3D-MRSI ベースのグルコース/グルタミン酸/乳酸マッピングにより、Z スコア マップを使用した AD 患者と健常対照間の空間分解定量的比較が容易になります。 (b.) グルコース/GABA およびグルタミン酸の 1H-SLOW 編集 MRSI は、Z スコア マップを使用した AD 患者と健常対照間の空間分解定量的比較を容易にします。

方法 - 研究者は、(i.) UHF 1H-EPSI MRSI シーケンスを DMI に適応させます。 (ii.) 代謝産物である N-アセチルアスパラギン酸 (NAA)、コリン、クレアチン、アスパラギン酸とともに、GABA、グルタミン酸、グルコース編集の全脳測定を目的とした 1H-SLOW 編集 EPSI 配列を最適化します。 (iii.) spectrIm-QMRS 分析ツールを拡張して 3D-2H-代謝データセットを定量化および分析します。(iv.) すべての 3D 分解能の 1H-および 2H-MRSI 代謝マップを計算し、高解像度の 3D 解剖学的画像と相互位置合わせします。 (v.) 規範データの代謝アトラスを生成し、そのアトラスを使用して Z スコアに基づく比較を実行する方法論を開発します。

重要性 - MRI の磁場強度が高くなる傾向により、DMI が研究および臨床応用にますます利用可能になる可能性が高くなります。 UHF DMI と 1H-EPSI MRSI は、脳代謝を定量化する非侵襲的な方法を提供します。 DMI はグルコース代謝に関する情報を提供しますが、1H-SLOW はグルコース、GABA、およびグルタミン酸濃度に関する情報を提供します。 提案された MRSI データ分析のアプローチは、現在臨床 MRSI に適用されているものとは根本的に異なり、標準的な代謝特性からのわずかな変化さえも検出して表示することができます。 成功すれば、UHF代謝イメージングは​​放射線を使わない方法を提供し、老化を研究するために若くて健康な被験者に繰り返し適用できる可能性がある。 重要なことは、提案された方法は、生体エネルギー学、特にミトコンドリア機能、酸化的リン酸化、脳エネルギー供給のための代替燃料の使用に関する、FDG-PETでは提供できない情報についてのより深い洞察を提供することである。 さらに、標準的なデータセットを利用した比較分析は、神経変性、神経炎症などの脳の生体エネルギーの障害を伴う広範囲の疾患だけでなく、肥満や糖尿病など中枢神経系に特有ではない疾患の研究も促進する可能性があり、これらはすべて高い社会経済的影響を及ぼします。