Combinatie van multiparametrische MRI en elektrofysiologie voor de ontwikkeling van nieuwe biomarkers bij aandoeningen van het ruggenmerg (SPINE2)

Het ruggenmerg is een veel voorkomende plaats voor de ontwikkeling van verschillende neurodegeneratieve neurologische aandoeningen (spinale musculaire atrofie of SMA, amyotrofische laterale sclerose of ALS, X-gebonden spinale bulbaire musculaire atrofie of SBMA). In verschillende verhoudingen omvatten deze ziekten axonaal verlies in grote funiculi van de spinale witte stof, hun demyelinisatie en verlies van motorneuronen van de ventrale hoorn of motoneuronen van de spinale grijze stof. Het ontbreken van specifieke biomarkers van deze macro- en microscopische schade aan de wervelkolom, maakt het moeilijk om differentiële diagnose en monitoring van deze ziekten te maken.

Technieken om op niet-invasieve wijze het menselijke centrale zenuwstelsel te verkennen, zoals magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) en elektrofysiologie, zijn potentiële hulpmiddelen om specifieke biomarkers van spinale schade te extraheren. Beeldvormingstechnieken zijn echter op ruggengraatniveau nog slecht ontwikkeld om technische (specifieke antennes), anatomische (grootte van het ruggenmerg, wervels) en fysiologische redenen (cardio-ademhalingsbewegingen). Recente ontwikkelingen op het gebied van beeldvorming van het ruggenmerg maakten het echter mogelijk om kwantitatieve gegevens te extraheren over neuronverlies, axonale degeneratie en demyelinisatie in verschillende spinale pathologieën, zowel degeneratief (ALS of SMA) als traumatisch (SCI). Er werden correlaties gevonden met klinische gegevens, en bij ALS-patiënten liepen de veranderingen in MRI-statistieken in de loop van de tijd parallel met de functionele verslechtering. De elektrofysiologische technieken worden al geruime tijd gebruikt en leiden tot een goede kennis van de neurofysiologie van het menselijk ruggenmerg. Bovendien levert elektrofysiologie indirect gegevens op microscopische schaal, informatie over de prikkelbaarheid van spinale neurale netwerken en een schatting van de hoeveelheid functionele neuronen.

Door deze technieken te combineren voor het onderzoek van het menselijk ruggenmerg in vivo, is het doel om nieuwe biomarkers te extraheren met als studiemodellen ziekten van het ruggenmerg die differentieel de witte en de grijze stof aantasten (SMA, SBMA en ALS).

In eerste instantie zullen nieuwe methoden van diffusie-MRI en modellering worden uitgevoerd bij gezonde proefpersonen om de axonale dichtheid en diameter van de vezels in de witte stof te beoordelen. De T2 voor anatomische beeldvorming meet de geometrische parameters van het ruggenmerg, zoals het oppervlak en/of het volume op een bepaald wervelniveau. Dankzij beeldvorming zullen we via segmentatie- en beeldverwerkingsmethoden een atlas van het ruggenmerg construeren die het mogelijk zal maken om spinale atrofie bij patiënten ruimtelijk te lokaliseren. Na deze validatiefase zal een patiëntenonderzoek worden uitgevoerd met behulp van deze nieuwe MRI-technieken, naast de technieken die al in het laboratorium zijn ontwikkeld. De bijdrage van elektrofysiologie zal zijn om de microscopische schade nauwkeuriger te beoordelen. Kwantitatieve gegevens van beeldvorming en elektrofysiologie zullen worden gecorreleerd met klinische gegevens om de meest relevante biomarkers te extraheren.

Dit project heeft dus een methodologisch belang door de ontwikkeling voor te stellen van nieuwe methoden om het menselijk ruggenmerg te beoordelen, zowel op macro- als op microscopisch niveau. Deze methodes zijn gebaseerd op de ontwikkeling van de technieken die ontwikkeld zijn op het niveau van de wervelkolom en die reeds toepasbaar zijn op menselijke pathologieën. De originele combinatie van beeldvorming en elektrofysiologie zal ons ook in staat stellen om het menselijk ruggenmerg verder te analyseren, zowel anatomisch als functioneel. Dit project heeft een belangrijke klinische waarde voor de extractie van biomarkers bij ziekten waarbij er een onvervulde behoefte is aan diagnose, monitoring, prognose en evaluatie van nieuwe therapieën.