PET-MRI F-DOPA-activiteit in het mesocorticolimbische systeem en depressieve symptomen bij de voorspelling van behandelingscompatibiliteit

Invoering:

Depressieve stoornis (MDD) is een veelzijdige psychiatrische stoornis met een prevalentie van 8-12% van de bevolking in veel landen.

Volgens de huidige benadering wordt MDD gekenmerkt door een verminderde activiteit van monoamine-neurotransmitters. Het is onbepaald of dit het gevolg is van verschillen in gevoeligheid van hun receptoren of uitputting in de synaptische spleet als gevolg van lage expressie of mao-a/mao-b-hyperactiviteit.

De meeste antidepressiva die tegenwoordig worden gebruikt, zijn gebaseerd op de monoaminedepletietheorie van depressie. Deze medicijnen omvatten selectieve serotonineheropnameremmers (SSRI's), serotonine-norepinefrineheropnameremmers (SNRI's) of tricyclische antidepressiva (TCA's), die allemaal de heropname van sommige of al deze monoaminen remmen, waardoor verhoogde niveaus in de synaptische spleet worden veroorzaakt. Sommige medicijnen hebben rechtstreeks invloed op de monoaminereceptoren.

Disfunctionele dopamine-neurotransmissie speelt een essentiële rol bij tekorten aan aandacht, motivatie en anhedonie, die kernsymptomen zijn van een depressieve stoornis. De presynaptische D2r-dichtheid (dopamine 2-receptor) in de prefrontale cortex (PFC) blijkt significant lager te zijn bij depressieve patiënten dan bij gezonde personen.

Op dit moment gebruiken de meeste onderzoeken met beeldvormende technieken bij depressieve patiënten voornamelijk verschillende soorten magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) of afzonderlijke beeldvorming in de nucleaire geneeskunde met positronemissietomografie (PET) -tracers. De rol van traditionele MRI bij de evaluatie van depressie en andere psychiatrische stoornissen, in verschillende onderzoeken, is voornamelijk gericht op het differentiëren van structurele kenmerken en helpt daarom de diagnose op dat aspect te versterken. Er zijn verschillende structurele veranderingen gemeten in de hersenen van MDD-patiënten in vergelijking met controles. Onder hen werd ook een verminderd volume van de hippocampus getoond in vergelijking met patiënten met kwijtschelding, een groter volume van de hypothalamus-hypofyse, een verminderd volume van de prefrontale cortex (PFC) en het basaal-ganglia-volume. Deze bevindingen zijn ook vastgesteld in overeenstemming met de grootste meta-analysestudie van structurele veranderingen met behulp van MRI- en CT-scans die tot nu toe is uitgevoerd. PET-scans geven indicaties met betrekking tot het algemene of agens-specifieke metabolisme van de hersenen. De meeste PET-scans die bij een depressieve patiënt worden uitgevoerd, gebruiken FDG- of 11-C-serotonine-radioliganden. Slechts een paar onderzoeken onderzoeken de opname van F-DOPA PET bij depressieve patiënten, meestal met Parkinson-depressie en één met affectieve vervlakking of impulsieve symptomen op een zeer kleine steekproefomvang (n=6). De meeste onderzoeken laten een indicatie zien van een verminderde opname van DOPA in het striatum, met name in de Nucleus Accombens (NAc). Er is aanvullende informatie nodig over de opname van F-DOPA in relevante hersengebieden bij MDD. Voor zover ons bekend zal dit de eerste studie zijn waarbij [18F] F-DOPA PET/MRI wordt gebruikt bij depressieve patiënten. PET/MRI biedt echte multimodale beeldvorming door anatomie, functie en moleculaire processen te combineren die een nauwkeurigere identificatie van ziektebeoordeling mogelijk maken.

Een feit dat goed ingeburgerd is, is dat genetische factoren samen met omgevingsfactoren die gedurende de hele levensduur voorkomen waarschijnlijk ten grondslag liggen aan de kwetsbaarheid voor depressie. In een mega-analyse van verschillende genoombrede associatiestudies (GWAS), die 1,2 miljoen autosomale en X-chromosoom single-nucleotide polymorfismen (SNP's) analyseerden, werd echter geen SNP gevonden die genoombrede significantie bereikte. Deze discrepantie tussen de consistent waargenomen substantiële erfelijkheidsgraad van ernstige depressie(18) en het feit dat er geen specifieke genetische varianten zijn geïdentificeerd die robuust bijdragen aan de aandoening, suggereert dat er andere mechanismen aan het werk zijn. Epigenetica verwijst naar de veranderingen in de chromatinestructuur die ten grondslag liggen aan veranderingen in genexpressie en die niet geassocieerd zijn met veranderingen in de DNA-sequentie. DNA-methylatie is een van de systemen die ten grondslag liggen aan epigenetica. Methylering van het DNA vereist de toevoeging van een methylgroep op de 5'-positie van cytosines in CpG-dinucleotiden. Na cytosine-methylering wordt de toegang van transcriptiefactoren tot regulerende elementen verminderd als gevolg van sterische interferentie. DNA-methylatiepatronen zijn enerzijds erfelijk en reageren anderzijds dynamisch op de omgeving. Deze eigenschap van epigenetica maakt het tot regulerende mechanismen die genexpressie bepalen, die congruent is met de aard van psychiatrische stoornissen. Diverse patronen van DNA-methylatie worden waargenomen in verschillende weefsels die aan verschillende omgevingen worden blootgesteld. Het is zelfs verschillend tussen afzonderlijke hersengebieden. Er zijn epigenoombrede associatiestudies (EWAS) onderweg. In een van hen vonden onderzoekers in PFC-weefsel van post-mortem depressieve proefpersonen verrijking in neuronale groei- en ontwikkelingsgenenplaatsen zoals Brain Drived Neurotrophic Factor (BDNF). Verlaagde BDNF-niveaus zijn een gevestigde marker voor depressie. Lagere niveaus van BDNF-eiwit zijn ook gemeld in de hippocampus van dieren die zijn blootgesteld aan chronische stress. Interessant is dat toediening van antidepressiva de BDNF in de hippocampus verhoogde, waardoor de door stress veroorzaakte afname werd voorkomen. Deze bevindingen zijn intrigerend gezien het volumeverlies van de hippocampus dat wordt waargenomen bij stemmingsstoornissen en verlaagde BDNF-serumspiegels bij personen met stemmingsstoornissen of depressieve persoonlijkheidskenmerken. Op basis van deze convergerende preklinische en klinische gegevens vormt het BDNF-gen een logisch doelwit voor genetisch onderzoek naar stemmingsstoornissen.

Een andere epigenome-brede associatiestudie waarbij volbloed-DNA werd geanalyseerd, wees uit dat de plasmaspiegels van IL-6 en C-reactief proteïne (CRP) waren verhoogd bij personen met levenslange depressie, en bij degenen met alleen depressie vertoonde IL-6-methylering een omgekeerde correlatie met plasma. IL-6 en CRP.

Tot op heden is er in de psychiatrische kliniek geen gebruikelijke beeldvormingspraktijk die het mogelijk maakt om te differentiëren welke medicamenteuze therapie optimaal is voor welke patiënt. Voor zover wij weten, zal dit de eerste studie zijn om de compatibiliteit van de behandeling te evalueren met behulp van de combinatie van [18F] F-DOPA PET/MRI-beeldvorming en symptoombeoordeling voorafgaand aan de behandeling.

Studiedoelstellingen en doel:

Het doel van de studie is om de haalbaarheid van beeldvorming en symptoomevaluatie te beoordelen bij het voorspellen van behandelingscompatibiliteit. Dopaminemetabolisme gemeten in het mesocorticolimbisch systeem (VTA-NAc-PFC) door 18F-FDOPA PET met structurele en functionele MR-bevindingen bij patiënten met de diagnose depressie voorafgaand aan de behandeling.

Hoofddoelen:

1. Vergelijking van naïeve niveaus van F-DOPA-heropname bij gezonde individuen met onbehandelde depressieve patiënten in het Mesocorticolimbisch systeem (VTA-NAc-PFC) en beoordeling van structurele verschillen tussen de twee groepen in de Hippocampus, Hypothalamus-Hypofyse en Mesocorticolimbisch Systeem (VTA- NAc-PFC) en fMRI in rusttoestand.

Secundaire doelstellingen:

1. Vergelijking van de verschillen van DNA-methylatie in het plasma van patiënten in vergelijking met gezonde controles.
2. Beoordelen van de correlatie tussen de ernstscore van de symptomen (geëvalueerd op basis van de Hamilton Rating Scale) bij baseline en na 6 maanden tot PET 18F-DOPA-opnamerepertoire in het mesocorticolimbische systeem, structurele metingen en DNA-methylatie.

Materialen en methodes:

Studieontwerp: een prospectieve pilotstudie.

Klinische beoordeling:

Een kwantitatieve maatstaf voor de belasting van de symptomen zal worden bepaald door middel van klinische beoordeling op basis van "Hamilton Rating Scale for Depression" en op basis van DSM-V-criteria bij baseline (vóór de behandeling), 3 maanden en 6 maanden na aanvang van de behandeling. Volgens de DSM-5 vereist de diagnose van depressie vijf (of meer) van de volgende symptomen die aanwezig zijn gedurende dezelfde periode van 2 weken en een verandering ten opzichte van het vorige functioneren vertegenwoordigen: (1) depressieve stemming (2) verlies van interesse of plezier . (3) Aanzienlijk gewichtsverlies of gewicht. (4) Slapeloosheid of hypersomnie. (5) Psychomotorische agitatie of vertraging.(6) Vermoeidheid of verlies van energie bijna. (7) Gevoelens van waardeloosheid of buitensporige of ongepaste schuldgevoelens.(8) Verminderd vermogen om na te denken of te concentreren. (9) Terugkerende gedachten aan de dood.

Symptoomevaluatie van de Hamilton Rating Scale zal worden gedaan door een psychiater. Ten slotte zullen we proberen specifieke clusters van symptomen te koppelen aan behandelcompatibiliteit in overeenstemming met beeldvormende en moleculaire bevindingen. De compatibiliteit van de behandeling met deze medicatie zal worden vergeleken met het percentage van het succes van de behandeling in de kliniek op een 'standaard van zorg'-manier. Beoordeling van de voortgang van de patiënt zal worden bepaald door verandering in symptomen en/of een tweede scan door middel van vervolgbezoeken na 3,6 maand.

Diagnostisch PET/MR-protocol voor beeldvorming: we zouden de evaluatie van de dopamineprecursor 3,4-dihydroxy-6-[18F]-fluor-l-fenylalanine ([18F] FDOPA) opnamesnelheidsconstante (K(i)) gebruiken die weerspiegelt transport van L-dopa. L-aromatische aminozuurdecarboxylase-activiteit, vesiculaire opname en het aantal dopamine-zenuwuiteinden. we willen de opname van [18F] F-DOPA in het mesocorticolimbische netwerk meten en vergelijken bij depressieve niet-medicamenteuze patiënten en gezonde individuen. Vervolgens zullen we [18F] F-DOPA-opnamerepertoire onderzoeken en een typisch spatiotemporeel patroon langs verschillende depressieve hersenen karakteriseren in overeenstemming met de vele soorten manifestatie van symptomen en moleculaire en demografische gegevens. Daarnaast zouden we nieuwe MR-sequenties implementeren, zoals diffuse tensor imaging (DTI) en susceptibility-weighted imaging (SWI) om het mesocoticolimbische dopaminerge kanaal te evalueren en T1-, T2-sequenties gebruiken om de volumes van de hippocampus en de hypothalamus-hypofyse bij deze patiënten te meten in vergelijking met gezonde individuen. Verder zullen we de T2*-sequentie gebruiken om de rusttoestand Blood-Oxygen-Level Dependent (BOLD) contrastbeeldvorming te evalueren. Daarnaast zullen de scanresultaten worden gecorreleerd aan de klinische evaluatie van symptomen bij niet-medicamenteuze patiënten.

Alle scans worden uitgevoerd op de afdeling Nucleaire Geneeskunde van het Assuta Medical Center in Tel-Aviv met behulp van een PET/MR-scanner (Biograph mMR, Siemens AG, Erlangen, Duitsland) in overeenstemming met de richtlijnen van de fabrikant.

Patiënten dienen minimaal 4 uur voor aankomst op de afdeling nuchter te zijn. Bij aankomst wordt een intraveneuze katheter geplaatst voor toediening van radiofarmaca en gadolinium. Patiënten krijgen een intraveneuze injectie van 10 mCi 18F-FDOPA op de PET MR-tafel en het scannen begint onmiddellijk. Samen met de verschillende MR-sequenties zullen dynamische PET-parameters worden verworven. MR van de hersenen zal de volgende sequenties omvatten: T1, T2 en T2 fluid attenuated inversion recovery sequence (FLAIR), susceptibility-weighted sequences (SWI), Diffuse Tensor Imaging (DTI), blood-oxygenation level-dependent (BOLD) signalen voor functionele beeldvorming in rusttoestand. Daarnaast zal de perfusie van de hersenen worden geëvalueerd met en zonder gadolinium. Een anatomische stereotactische kaart van de hersenen zal in overeenstemming met de scans worden gelaagd met behulp van ExploreDTI-software.

Voor contrastversterkte sequenties gebruiken we Dotarem (gadoteerzuur) (0,2 ml/kg, 0,1 mmol/kg bij 2 ml/s, 20 ml zoutoplossing). De totale scantijd is ongeveer 45 minuten.

Gegevensverzameling en procedures:

Voor in aanmerking komende gezonde vrijwilligers worden de volgende gegevens geregistreerd bij baseline:

1. Basislijnparameters: geboortedatum, geslacht, sociaaleconomische status, etniciteit, roken, alcoholgebruik.
2. Gedetailleerde medische geschiedenis.
3. Lijst met medicijnen
4. Symptoomevaluatie met behulp van de Hamilton Rating Scale voor depressie
5. Bloedmonster

Voor in aanmerking komende depressieve patiënten worden de volgende gegevens geregistreerd bij baseline, na 3 maanden en na 6 maanden.

1. Basislijnparameters: geboortedatum, geslacht,
2. Gedetailleerde medische geschiedenis.
3. Lijst met medicijnen
4. Symptoomevaluatie met behulp van de Hamilton Rating Scale voor depressie
5. Bloedmonster
6. Klinische diagnose en aanvang van de symptomen.

Biologische monsterverzameling:

Bloedmonsters zullen worden afgenomen van patiënten en gezonde controles voorafgaand aan scans voor de beoordeling van DNA-methylatie van het gehele genoom in plasma van perifeer bloed. Er zullen bloedmonsters worden genomen van gezonde controles en depressieve patiënten op basislijn. Van depressieve proefpersonen zal bloed worden afgenomen na 6 maanden startdatum van de behandeling voor de evaluatie van genexpressie mRNA of eiwit van specifieke markers op basis van epigenetische bevindingen vanaf de basislijn.

Analyse van genoombrede promoter-DNA-methylering:

De procedure die werd gebruikt voor MeDIP-analyse was aangepast van eerder gepubliceerde protocollen.(13,14) In het kort: 2 μg DNA wordt gesoniceerd en gemethyleerd DNA wordt geïmmunoprecipiteerd met behulp van anti-5-methylcytosine (Eurogentec, Fremont, CA, VS). Het DNA-antilichaamcomplex werd onderworpen aan immunoprecipitatie met proteïne G en het gemethyleerde DNA wordt vervolgens opnieuw gesuspendeerd in digestiebuffer (50 mM TRisHCl pH 8; 10 mM EDTA; 0,5% SDS) en een nacht bij 55°C behandeld met proteïnase K. De invoer- en gebonden fractie wordt gezuiverd, geamplificeerd met behulp van de Whole Genome Amplificatie Kit (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, VS) en gelabeld voor microarray-hybridisatie met respectievelijk Cy3-dUTP en Cy5-dUTP, met behulp van de CGH Enzymatic Labeling Kit (Agilent Technologies, Mississauga, ON, Canada) in overeenstemming met de instructies van de fabrikant. Er werden op maat ontworpen tegelarrays gebruikt (Agilent Technologies). Alle stappen van de hybridisatie-, was-, scan- en functie-extractieprocedures worden uitgevoerd in overeenstemming met het Agilent Technologies-protocol voor chipon-chip-analyse. Geëxtraheerde microarray-intensiteiten worden verwerkt en geanalyseerd met behulp van de R-softwareomgeving voor statistische berekeningen (//www.r-project.org/).

Genspecifieke validatie:

validatie van MeDIP-gegevens zal worden uitgevoerd met behulp van kwantitatieve real-time PCR (QPCR) met behulp van de 2-ΔΔCt-methode. Gegevens worden uitgedrukt als groepsgemiddelden ± s.e.m. De Graphpad 5-software zal worden gebruikt om eenzijdige Mann-Whitney U-tests uit te voeren.

RNA-extractie uit menselijk bloed:

bloed voor RNA-extractie zal vóór injectie van de radioligand worden verzameld en in PAXgene Blood RNA-buisjes worden getrokken (PreAnalytiX, Hombrechtikon, Zwitserland). RNA wordt geëxtraheerd met behulp van de PAXgene Blood RNA Kit (Qiagen). De kwaliteit en kwantiteit van RNA-monsters zal worden geanalyseerd met behulp van een Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Böblingen, Duitsland).

Analyse van genexpressie in menselijk bloed:

Reverse transcriptie zal worden uitgevoerd met behulp van de cDNA Reverse Transcription Kit met hoge capaciteit (Life Technologies, Darmstadt, Duitsland). Genexpressieniveaus zullen worden geanalyseerd met behulp van QPCR en de 2-ΔΔCt-methode. Gegevens worden uitgedrukt als groepsgemiddelden ± s.e.m. Statistische significantie zal worden getest met behulp van eenzijdige Mann-Whitney U-testen.

Pyrosequencing:

Het promotorgebied van specifieke genen zal geanalyseerd worden door middel van pyrosequencing. In het kort, fragmenten van met bisulfiet behandeld DNA (EpiTect Bisulfite Kit, Qiagen) zullen worden geamplificeerd door PCR (HotStar Taq DNA Polymerase, Qiagen) primerinformatie met behulp van een ongewijzigde voorwaartse primer en een biotine-gelabelde reverse primer (Eurofins, Ebersberg, Duitsland). . Pyrosequencing wordt uitgevoerd met behulp van een PyroMark Q24 Advanced-systeem (Qiagen; primerinformatie zie aanvullende tabel S2) in overeenstemming met het protocol van de fabrikant. Gemethyleerde en niet-gemethyleerde EpiTect-controle-DNA-monsters (Qiagen) zullen worden gebruikt als controles voor bisulfietconversie, amplificatie en pyrosequencing. Het percentage methylering op elke CpG-locatie wordt gekwantificeerd met behulp van de PyroMark Q24 Advanced-softwareversie 3.0.0 (Qiagen) Sequencing zal in drievoud worden uitgevoerd. Kwaliteitscontrolefiltering en statistische analyses van de pyrosequencing-resultaten zullen worden uitgevoerd met behulp van R-versie 2.15.3 (http://www.r-project.org). Metingen die door de Pyromark-software als onbetrouwbaar zijn gemarkeerd, worden uit de dataset verwijderd. Drievoudige metingen worden gemiddeld na het verwijderen van uitschieters (waarden die meer dan 3% afwijken). Er zal een Mann-Whitney U-test worden gebruikt om het gemiddelde percentage methylering van CpG-plaatsen voor de ELS versus controlegroepen te vergelijken. Gegevens worden gepresenteerd als het gemiddelde ± s. e.m.

Genetische analyse:

Genotypes zullen worden onderzocht met behulp van GWAS-gegevens van een eerdere studie van MDD. dbSNP van gekozen genen (//www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/SNP) zal worden doorzocht op SNP's (single-nucleotide polymorphisms) over de genen heen. De op set gebaseerde test, zoals geïmplementeerd in PLINK (v1.0.7)39, zal worden uitgevoerd (met standaardopties en 105 permutaties) om te testen op associatie tussen MDD en de hele set genetische varianten in de dataset

MR-bevindingen:

• T1,T2 3D-metingen (beoordeling van het volume) van de hippocampus, hypothalamus-hypofyse en mesocorticolimbisch.
• DTI-metingen in het mesocorticolimbische dopaminerge kanaal.
• Vergelijking van rusttoestand f-MRI (BOLD) hersennetwerken bij patiënten met depressie met normale kaarten

PET-bevindingen:

1. Visuele beoordeling en kwantitatieve metingen van statische F-DOPA (bijv. SUVmax en SUVmean) zullen bilateraal worden uitgevoerd in de VTA, NAc, PFC.
2. Metingen van dynamische F-DOPA-parameters zoals Ki indien beschikbaar (bijv. tijd tot piek, piekwaarde etc.) zullen worden gemeten.

Statistieken:

Patiëntkenmerken zullen worden samengevat met behulp van beschrijvende statistieken. Kwantitatieve variabelen worden gepresenteerd als gemiddelde en SD, kwalitatieve variabelen worden gepresenteerd als frequenties.

Pearson-correlatiecoëfficiënt zal worden gebruikt om de sterkte van de relatie tussen de PET in de verschillende hersengebieden en de clustersymptomen te meten.

Een t-toets zal worden gebruikt om de gemiddelde waarden van de verschillende parameters te vergelijken. Steekproefomvang: Dit is een pilootstudie waarvoor een steekproefomvang van 60 proefpersonen (30 gezonde personen en 30 patiënten) vereist is.

Bemonstering van deelnemers: alle patiënten die aan de inclusiecriteria voldoen en geïnformeerde toestemming geven, worden achtereenvolgens ingeschreven.

Vertrouwelijkheid:

Alle gegevens worden gecodeerd en de proefpersoon wordt alleen geïdentificeerd aan de hand van de initialen van de proefpersoon en het studienummer van de proefpersoon.

De codering wordt gedaan door de onderzoekers en wordt opgeslagen op hun beveiligde computers en in het dossier van de onderzoeker dat is opgesloten in een kast in het kantoor van de hoofdonderzoeker.

Alle rapporten en communicatie met betrekking tot proefpersonen in het onderzoek zullen de gegeven code gebruiken, zonder persoonlijke informatie.