Energetyczne pochodzenie neurodegeneracji w SM (ENERGYSEP)

1. UZASADNIENIE BADAŃ

1.1 Rozregulowanie energii jest kluczowym procesem w fizjopatologii neurodegeneracji w SM

Zasugerowano, że kilka mechanizmów odgrywa główną rolę w fizjopatologii neurodegeneracji w stwardnieniu rozsianym (MS), w tym: zapalna demielinizacja, ekscytotoksyczność, stres oksydacyjny i dysfunkcja kanałów jonowych. Każdy z tych mechanizmów jest potencjalnie zaangażowany w wywoływanie rozregulowania energii. Co więcej, coraz częściej uznaje się pogląd, że wczesna niewydolność energetyczna neuronów może odgrywać kluczową rolę w degeneracji aksonów. W tych warunkach fizjologicznych integralność osłonki mielinowej nie tylko umożliwia skuteczne przewodzenie solne potencjału czynnościowego, ale także pomaga w utrzymaniu środowiska dla przeżycia neuronów poprzez zapewnienie odpowiedniej ilości energii komórkowej.

Po przerwaniu mieliny i zapaleniu liczne zmiany adaptacyjne zmuszają neuron do wejścia w tymczasowy stan „wirtualnego niedotlenienia”. Rzeczywiście, utrata pokrycia aksonów determinuje redystrybucję VGSC wzdłuż aksonu i ponowną ekspresję NaV1.2.

Ponadto demielinizacja indukuje proliferację mitochondriów wzdłuż uszkodzonych aksonów, wraz z kompleksem nadaktywności w celu wsparcia pompy sodowo-potasowej. Te mechanizmy kompensacyjne początkowo pokonują blokadę przewodzenia wynikającą z demielinizacji, ale w takich warunkach przezbłonowe gradienty elektrochemiczne są utrzymywane kosztem zwiększonego zapotrzebowania na energię.

To dodatkowe zapotrzebowanie na energię prowadzi do braku równowagi między zapotrzebowaniem na energię a jej podażą, zwanego „wirtualnym niedotlenieniem neuronów”. W stwardnieniu rozsianym dystres energetyczny jest pogarszany przez środowisko zapalne, które wpływa na czynność mitochondriów i jest związane z deformacją strukturalną komórki. Ten stan dysfunkcji energii jest potencjalnie odwracalny w pierwszych stadiach choroby, ale jeśli nie zostanie odwrócony po pewnym czasie, indukuje kaskadę charakteryzującą się zaburzeniem funkcji mitochondriów, wytwarzaniem wolnych rodników i dysfunkcją ATPazy sodowo-potasowej. Dysfunkcja pompy jonowej powoduje gromadzenie się międzykomórkowego sodu z odwróceniem strumienia wapnia obsługiwanego przez pompę Na+/Ca2+. Wewnątrzkomórkowy napływ wapnia ostatecznie prowadzi do nieodwracalnej degeneracji neuronów. Dlatego identyfikacja in vivo wczesnej fazy dysfunkcji energii neuronów poprzedzającej śmierć neuro-aksonalną i zrozumienie jej czasowego związku z odwracalną degeneracją neuronów jest niezbędna do opracowania terapii mających na celu odwrócenie tego procesu degeneracyjnego i utrzymanie długoterminowej integralności neuronów.

1.2 Rozregulowanie energii obrazowania: stan techniki

Optymalizacja w ciągu ostatnich kilku lat innowacyjnych technik opartych na rezonansie magnetycznym (MR), takich jak MRI sodu (23Na), spektroskopia fosforu (31P-MRI) i spektroskopia ważona dyfuzją (DW-MRS), umożliwiła uzyskanie obiecujących danych które pozwalają na wyjaśnienie różnych aspektów początkowej fazy dysregulacji energii w SM.

Kilka badań wykorzystujących 23Na MRI wykazało wzrost stężenia całkowitego sodu w mózgu pacjentów ze stwardnieniem rozsianym, co koreluje z kliniczną niepełnosprawnością. Niedawno zaproponowano bardziej wyrafinowane techniki ilościowego określania stężenia 23Na, takie jak „obrazowanie z potrójnym filtrem kwantowym (TQF)”, które umożliwia rozróżnienie między sodem wewnątrzkomórkowym i zewnątrzkomórkowym, dostarczając w ten sposób unikalnych informacji na temat wczesnej fazy rozregulowania energii. Ze względu na stosunkowo słabą czułość 23Na MRI, MRI o wysokim polu jest szczególnie odpowiedni dla TQF. Zespół kierowany przez profesor Matilde Inglese zastosował niedawno obrazowanie TQF o mocy 7 tesli w SM, wykazując, że pacjenci z rzutowo-remisyjną postacią choroby (RR-MS) mają zwiększone wewnątrzkomórkowe stężenie sodu w porównaniu ze zdrowymi ochotnikami. Odzwierciedla to patologiczną akumulację wewnątrzkomórkową 23Na jako konsekwencję dysfunkcji Na+ K+ APazy.

31-MRS pozwala na bezpośredni pomiar stężenia w mózgu fosfokreatyny (PCr) i trójfosforanu adenozyny (ATP), które są główną walutą energetyczną komórek. 31P-MRS w 3T wykazało, że pacjenci ze stwardnieniem rozsianym prezentują wyższe poziomy PCr w normalnie wyglądającej istocie białej w porównaniu ze zdrowymi kontrolami. 21P-MRS wykazało również, że odsetek beta-ATP był wyższy w RR-MS i niższy w postaci postępującej, odzwierciedlając „stosunkowo wysoki stan energetyczny” we wczesnych fazach choroby, ze zmniejszeniem fazy progresywnej, pozostawiając miejsce na degeneracja aksonów.

Dzięki pomyślnemu wygenerowaniu danych 31P-MRS w 7T osiągnięto ważne procesy techniczne.

DW-MRS podaje pomiary in vivo właściwości dyfuzyjnych kreatyny (Cr) + PCr. W niedawnym badaniu z użyciem DW-MRS w 3T badacze stwierdzili zmniejszoną dyfuzyjność Cr+PCr w normalnie wyglądającej istocie białej i wzgórzach pacjentów z SM w porównaniu ze zdrowymi kontrolami, co odzwierciedla zmniejszenie energii zarezerwowanej w neuronach i komórkach glejowych . Dwie alternatywne hipotezy mogą wyjaśnić obserwowane zmniejszenie dyfuzyjności Cr+PCr: zmieniony wewnątrzkomórkowy transport kreatyny, w szczególności z oligodendrocytów do neuronów z jednego do drugiego, lub zmniejszone zużycie PCr z powodu zmienionej funkcji kinazy kreatynowej B.

Podsumowując, wyniki te potwierdzają duży potencjał łączenia tych różnych technik (23Na MRI, 31PMRS i DW-MRS) w celu uzyskania innowacyjnych informacji na temat każdego aspektu patogennej kaskady łączącej dysregulację energii ze zwyrodnieniem nerwowo-aksonalnym w SM.

2. CELE

2.1 Główny cel

Głównym celem tego projektu jest zbadanie związku między parametrami pochodzącymi z MRI, odzwierciedlającymi dysregulację energii w motorycznych obszarach czuciowych (MSR) na początku badania, a parametrami neurodegeneracji w MSR po 24 miesiącach u pacjentów z RR-MS i PMS w porównaniu ze zdrowymi ochotnikami, poprzez połączenie ilościowego MRI 23Na, 31P-MRS i DW-MRS oraz pomiary grubości warstwy korowej.

2.2 Cele drugorzędne

Celami drugorzędnymi tego badania będą:

(i) Porównanie metryk dysregulacji energii pochodzących z MRI między pacjentami i kontrolami w całym mózgu i MSR na początku badania.

(ii) Aby zdefiniować korelacje między metrykami dysregulacji energii pochodzącymi z MRI i demielinizacją korową na początku badania, a także mielinizacją korową po 12 miesiącach.

(iii) Aby zbadać korelację między korowym MRI 23Na na początku badania a ewolucją objętości korowej w ciągu 24 miesięcy.

(iv) Aby zbadać korelacje między metrykami dysregulacji energii pochodzącymi z MRI i wczesnym uszkodzeniem aksonów, a także gęstością aksonalno-dendrytyczną w całym mózgu iw MSR: 1) na początku badania; 2) w okresie obserwacji wynoszącym 24 miesiące.

( v ) Aby zbadać związek między metrykami dysregulacji energii uzyskanymi z MRI a zmianami łączności mózgu na początku badania, po 12 i 24 miesiącach.

(vi) Ustalenie korelacji między wskaźnikami pochodzącymi z MRI a neurofilamentami surowicy mierzonymi na początku badania, po 12 i 24 miesiącach.

(vii) Ustalenie udziału metryk dysregulacji energii pochodzących z MRI w niepełnosprawności klinicznej i dysfunkcjach poznawczych, na początku badania i po 24 miesiącach.

3. KONCEPCJA PROJEKTU BADAWCZEGO

3.1 Rodzaj projektu badawczego

Jest to monocentryczny projekt badawczy na ludziach z celami fizjopatologicznymi (bez produktów zdrowotnych), trwający 24 miesiące, którego celem jest zbadanie roli dysregulacji energii w neurodegeneracji, która jest głównym patologicznym podłożem progresji klinicznej u pacjentów z SM. Naszym celem jest zbadanie związku między dysfunkcją energii a uszkodzeniem nerwowo-aksonalnym u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym w porównaniu ze zdrowymi kontrolami, stosując kombinację metod obrazowania oraz testów klinicznych, poznawczych i biologicznych.

Biorąc pod uwagę, że w badaniu wykorzystano techniki obrazowania z iniekcją środków kontrastowych, badania zostaną zakwalifikowane jako badania interwencyjne kategorii 1, zgodnie z prawem Jardé.

3.2 Metodologia badań

Jest to nierandomizowane, kontrolowane, otwarte badanie kliniczno-radiologiczne.

Pacjenci zostaną wybrani z kohort obserwowanych na Oddziale Neurologii Szpitala Saint-Antoine oraz Oddziale Patologii Układu Nerwowego Szpitala Pitié-Salpêtrière. Pierwszą informację o badaniu otrzymają podczas konsultacji i przy tej okazji mogą otrzymać formularz informacyjny.

Zdrowi ochotnicy zostaną wybrani spośród ochotników Centrum Badań Klinicznych (CIC) szpitala Pitié-Salpêtrière.

Wszyscy uczestnicy zostaną włączeni do CIC Instytutu Mózgu i Kręgosłupa (ICM) - Szpital Pitié-Salpêtrière.

Grupa pacjentów z RR-MS (n=20) i postępującą (PP-MS lub SP-MS, n=20) zostanie zbadana i porównana z grupą zdrowych ochotników (n=15), dobranych pod względem wieku i płci (ale bez dopasowania 1:1 między pacjentami a grupą kontrolną). Wybór dopasowania próby 40 pacjentów do próby 15 zdrowych ochotników opiera się na obliczeniu minimalnej liczby obserwacji na grupę potrzebnych do wykrycia różnicy między grupami w kryteriach oceny, przy użyciu modelu regresji liniowej wielu zmiennych.

Każdy pacjent i zdrowy ochotnik przejdzie cztery wizyty:

Wizyta 1 (wizyta włączenia) - D0: ICM (CIC/CENIR) (30-minutowa wizyta kliniczna + 65-minutowy 3 T MRI)

• informacje, weryfikacja kryteriów włączenia/wyłączenia, podpisanie formularza świadomej zgody
• ocena neurologiczna (skala EDSS, MRC) oraz badanie zmęczenia (MFIS, dynamometr hydrauliczny Jamar) w celu oceny stopnia niepełnosprawności fizycznej
• testy neuropsychologiczne (BICAMS) do oceny stopnia upośledzenia funkcji poznawczych
• test ciążowy dla wszystkich kobiet w wieku rozrodczym
• 3T MRI — z wstrzyknięciem gadolinu tylko dla pacjentów (procedury podawania patrz 8.1) — z sekwencjami DW-MRS do ilościowego określenia dyfuzyjności tCr et NAA (N-acetyloasparaginianu) w wokselu wyśrodkowanym na MSR oraz z sekwencjami dla wolumetrycznego, strukturalnego i analizy funkcjonalne (65 min)
• pobranie krwi (4 ml) w celu poszukiwania neurofilamentów jako biologicznych markerów neurodegeneracji.

Wizyta 2 - M1: NeuroSpin (centrum CEA w Saclay, Gif-sur-Yvette, Francja) (120 minut)

• Test ciążowy z moczu dla wszystkich kobiet w wieku rozrodczym
• 7T MRI, w tym MRI całego mózgu 23Na i 31P MRS skoncentrowane na wokselu MSR w celu oznaczenia ilościowego sodu, ATP i PCr (1h40min)

Wizyta 3 – M12: ICM (CIC/CENIR) (15-minutowa wizyta kliniczna + 65-minutowy 3 T MRI)

• ocena neurologiczna (skala EDSS, MRC) oraz badanie zmęczenia (MFIS, dynamometr hydrauliczny Jamar) w celu oceny stopnia niepełnosprawności fizycznej
• test ciążowy dla wszystkich kobiet w wieku rozrodczym
• 3T MRI – przy użyciu tego samego protokołu V1 – z wstrzyknięciem gadolinu tylko dla pacjentów (procedury podawania patrz 8.1) – z sekwencjami DW-MRS do ilościowego określenia dyfuzyjności tCr et NAA (N-acetyloasparaginian) w wokselu wyśrodkowanym na MSR, oraz z sekwencjami do analiz objętościowych, strukturalnych i funkcjonalnych (65 min)
• pobranie krwi (4 ml) w celu poszukiwania neurofilamentów jako biologicznych markerów neurodegeneracji.

Wizyta 4 – M24: ICM (CIC/CENIR) (30-minutowa wizyta kliniczna + 65 minut 3 T MRI)

• ocena neurologiczna (skala EDSS, MRC) oraz badanie zmęczenia (MFIS, dynamometr hydrauliczny Jamar) w celu oceny stopnia niepełnosprawności fizycznej
• testy neuropsychologiczne (BICAMS) do oceny stopnia upośledzenia funkcji poznawczych
• test ciążowy dla wszystkich kobiet w wieku rozrodczym
• 3T MRI – przy użyciu tego samego protokołu V1 – z wstrzyknięciem gadolinu tylko dla pacjentów (procedury podawania patrz 8.1) – z sekwencjami DW-MRS do ilościowego określenia dyfuzyjności tCr et NAA (N-acetyloasparaginian) w wokselu wyśrodkowanym na MSR, oraz z sekwencjami do analiz objętościowych, strukturalnych i funkcjonalnych (65 min)
• pobranie krwi (4 ml) w celu poszukiwania neurofilamentów jako biologicznych markerów neurodegeneracji.