Połączenie wieloparametrycznego rezonansu magnetycznego i elektrofizjologii w celu opracowania nowych biomarkerów w chorobach rdzenia kręgowego (SPINE2)

Rdzeń kręgowy jest częstym miejscem rozwoju kilku neurodegeneracyjnych zaburzeń neurologicznych (rdzeniowy zanik mięśni lub SMA, stwardnienie zanikowe boczne lub ALS, rdzeniowy zanik mięśni opuszkowych sprzężony z chromosomem X lub SBMA). W różnych proporcjach choroby te obejmują utratę aksonów w dużych grzybach istoty białej rdzenia kręgowego, ich demielinizację oraz utratę neuronów ruchowych rogów brzusznych lub neuronów ruchowych istoty szarej rdzenia kręgowego. Brak specyficznych biomarkerów tych makro- i mikroskopowych uszkodzeń kręgosłupa utrudnia diagnostykę różnicową i monitorowanie tych schorzeń.

Techniki nieinwazyjnego badania ośrodkowego układu nerwowego człowieka, takie jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i elektrofizjologia, są potencjalnymi narzędziami do wyodrębniania określonych biomarkerów uszkodzeń kręgosłupa. Jednak techniki obrazowania na poziomie kręgosłupa są nadal słabo rozwinięte z przyczyn technicznych (specyficzne anteny), anatomicznych (rozmiar rdzenia kręgowego, kręgów) i fizjologicznych (ruchy krążeniowo-oddechowe). Jednak ostatnie postępy w dziedzinie obrazowania rdzenia kręgowego umożliwiły uzyskanie danych ilościowych dotyczących utraty neuronów, zwyrodnienia aksonów i demielinizacji w różnych patologiach kręgosłupa, zarówno zwyrodnieniowych (ALS lub SMA), jak i traumatycznych (SCI). Stwierdzono korelacje z danymi klinicznymi, a u pacjentów z ALS zmiany wskaźników MRI w czasie odpowiadały pogorszeniu czynnościowemu. Techniki elektrofizjologiczne stosowane są od dawna, co pozwoliło na dobre poznanie neurofizjologii rdzenia kręgowego człowieka. Ponadto elektrofizjologia pośrednio dostarcza danych w skali mikroskopowej, dostarczając informacji na temat pobudliwości rdzeniowych sieci neuronowych i podając szacunkową liczbę funkcjonalnych neuronów.

Łącząc te techniki do badania ludzkiego rdzenia kręgowego in vivo, celem jest wyodrębnienie nowych biomarkerów przy użyciu jako modeli badawczych chorób rdzenia kręgowego wpływających w różny sposób na istotę białą i istotę szarą (SMA, SBMA i ALS).

W pierwszej kolejności zostaną przeprowadzone nowe metody dyfuzyjnego rezonansu magnetycznego i modelowania u osób zdrowych w celu oceny gęstości aksonów i średnicy włókien w istocie białej. Obrazowanie anatomiczne T2 zmierzy parametry geometryczne rdzenia kręgowego, takie jak jego powierzchnia i/lub objętość na danym poziomie kręgów. Dzięki obrazowaniu zbudujemy, metodami segmentacji i przetwarzania obrazu, atlas rdzenia kręgowego, który pozwoli zlokalizować przestrzennie zaniki kręgosłupa u pacjentów. Po tej fazie walidacji, Badanie pacjentów zostanie przeprowadzone przy użyciu tych nowych technik MRI, oprócz tych już opracowanych w laboratorium. Wkładem elektrofizjologii będzie dokładniejsza ocena mikroskopijnych uszkodzeń. Dane ilościowe z obrazowania i elektrofizjologii zostaną skorelowane z danymi klinicznymi w celu wyodrębnienia najistotniejszych biomarkerów.

Projekt ten ma zatem znaczenie metodologiczne, proponując opracowanie nowych metod oceny ludzkiego rdzenia kręgowego, zarówno na poziomie makro, jak i mikroskopowym. Metody te opierają się na rozwoju technik opracowanych na poziomie kręgosłupa, które są już stosowane w patologiach człowieka. Oryginalne połączenie obrazowania i elektrofizjologii umożliwi nam również dalszą analizę ludzkiego rdzenia kręgowego, zarówno pod względem anatomicznym, jak i funkcjonalnym. Projekt ten ma ważną wartość kliniczną dla ekstrakcji biomarkerów w chorobach, w przypadku których istnieje niezaspokojona potrzeba diagnozowania, monitorowania, prognozowania i oceny nowych terapii.