Demielinizacja i remielinizacja w stwardnieniu rozsianym (MS) wykryta przez mózgowy amyloid PET-CT

Stwardnienie rozsiane (SM) jest chorobą autoimmunologiczną atakującą ośrodkowy układ nerwowy, której następstwem są różne objawy czuciowe, ruchowe, zwieraczowe, a czasem poznawcze. Charakteryzuje się obecnością limfomonocytarnych nacieków zapalnych, demielinizacją, uszkodzeniem aksonów, aktywacją odporności wrodzonej, astrogliozą i remielinizacją. W ciągu ostatnich kilku lat obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) poczyniło ogromne postępy w diagnostyce i obserwacji pacjentów, podkreślając zmiany w mózgu i rdzeniu kręgowym, ich liczbę i względny ciężar zmian, lokalizację i zajęcie kory mózgowej, a także obecność krwi -zmiany bariery mózgowej w najwcześniejszych stadiach choroby, związane z aktywacją nabytej odporności z późniejszymi uszkodzeniami zapalnymi.

Płytki demielinizacji mają na swojej zewnętrznej krawędzi cienką ścianę komórek mikrogleju zawierających żelazo, które można wykryć za pomocą sekwencji i technik MRI podatności magnetycznej o wysokiej rozdzielczości. Takie blaszki, zwane przez neuropatologów blaszkami „tlącymi się”, charakteryzują się koncentrycznie rozszerzającym się obwodem, powodującym uszkodzenie mieliny i neuronów, podczas gdy w centrum zmiany następuje całkowity proces utraty mieliny. Tlące się blaszki, częstsze w postępujących postaciach choroby, są charakterystyczne dla SM w porównaniu z innymi chorobami demielinizacyjnymi i mają negatywne znaczenie prognostyczne.

Pozytronowa tomografia emisyjna (PET) to technika, która pozwala analizować in vivo metabolizm niektórych składników ośrodkowego układu nerwowego, takich jak neurony i glej, aw szczególnych przypadkach uwidocznić funkcję synaptyczną i nieprawidłowe nagromadzenie białek. W ostatnich latach PET jest stosowany w SM szczególnie do celów badawczych: pozwala ocenić stopień demielinizacji i remielinizacji za pomocą znaczników amyloidowych, które wiążą się z substancją białą, a także stopień aktywacji mikrogleju lub uszkodzenia synaptycznego za pomocą określonego znacznika radioizotopy (ligandy TPSO lub glikoproteina 2A pęcherzyków synaptycznych). Połączenie MRI i PET mogłoby dostarczyć szczegółowych informacji nie tylko o stopniu i zasięgu uszkodzenia układu nerwowego, ale także o najbardziej dotkniętych populacjach komórek, o aktywności metabolicznej dotkniętych obszarów mózgu oraz o stopniu powodzenia uszkodzenia próby naprawy.

Celem tego projektu badawczego jest zbadanie, z zastosowaniem technik MRI i PET, populacji pacjentów z postępującym SM (PMS) ze stosunkowo znacznym upośledzeniem oraz populacji pacjentów z rzutowo-remisyjną postacią choroby (RRMS) z mniej znaczne upośledzenie neurologiczne. Celem jest zbadanie blaszek przewlekle aktywnych lub „tlących się” za pomocą technik MRI podatności magnetycznej i technik PET ze znacznikami amyloidu, blaszek przewlekle nieaktywnych i nowszych blaszek dodatnich T2/Flair, ze wzmocnieniem kontrastowym lub bez, w celu zweryfikowania i ilościowego określenia ich obecność i skorelowanie ich liczby, morfologii i umiejscowienia ze stopniem niesprawności, przebiegiem klinicznym, rozwojem choroby i danymi laboratoryjnymi, oceniając w każdym przypadku stopień procesu demielinizacji i remielinizacji oraz stopień aktywacji odporności wrodzonej. Uzyskane dane zostaną przetworzone i ocenione w celu zidentyfikowania różnic w obrazach MRI i PET w różnych przebiegach choroby oraz w celu uzyskania informacji na temat różnych ścieżek rozwoju choroby u pacjentów.

Projekt badania Zakwalifikowani pacjenci zostaną poddani MRI mózgu, skanowi PET mózgu ze znacznikiem amyloidu i skalom oceny czynnościowej w czasie rekrutacji.

Wszyscy pacjenci zostaną poddani ocenie klinicznej i różnym badaniom:

• Funkcjonalna złożona skala EDSS i MS
• Mini-najlepszy test
• Test TUG, MSWS-12, Berg Balance Scale (BBS)
• Test kołków z dziewięcioma dziurkami (9-HPT) dla prawej i lewej kończyny górnej.
• Funkcje poznawcze oceniane za pomocą Brief International Cognitive Assessment for MS (BICAMS) i MMSE

Zostanie przeprowadzona analiza laboratoryjna markerów surowicy. W szczególności, neuronalne i glejowe białka cytoszkieletu (np. Nf-L, pN-FH, GFAP) jako wskaźniki uszkodzenia mózgu (uszkodzenie aksonalne i komórkowe), zostaną rozważone i określone ilościowo.

Poziomy określonych czynników neurotroficznych (np. BDNF, GDNF) i cytokin (np. TNFα, IL-6, IL-1β, interferon); istnieją dowody na ich udział w plastyczności synaptycznej, funkcjach poznawczych i motorycznych oraz w procesach neurozapalnych typowych dla SM.

Protokół MRI Badania będą wykonywane na skanerze MRI 3T z użyciem 32-kanałowej cewki do badania głowy z sekwencjami zoptymalizowanymi i zharmonizowanymi przez IRCCS Neuroscience Network.

Sekwencje, które zostaną pozyskane, to:

1. Strzałkowy obraz wolumetryczny zależny od T1 (MP-RAGE, rozdzielczość 1 mm) do badania morfologii i wolumetrii mózgu
2. T2-FLAIR ważony sagitalny obraz wolumetryczny (rozdzielczość 1 mm) do lokalizacji i konturowania zmian chorobowych
3. sekwencja ważonych dyfuzyjnie obrazów (EPI, rozdzielczość 2,5 mm, b=1000 i 2000 s/mm2, 30 kierunków na otoczkę) do badania mikrostruktury tkanek i do identyfikacji istotnych dla patologii wiązek istoty białej za pomocą traktografii
4. wieloechowa sekwencja echa gradientowego 3D do ilościowego mapowania podatności (rozdzielczość 1 mm, 8 ech) do badania lokalnej podatności
5. sekwencja stanu spoczynku fMRI (EPI, rozdzielczość 3 mm, 200 tomów z rozdzielczością czasową 2,4 s) do badania funkcjonalnych sieci stanu spoczynku.

Protokół PET

Badanie PET/TK zostanie przeprowadzone przy użyciu protokołu akwizycji w podwójnym czasie:

- Wczesna akwizycja Wczesna akwizycja rozpoczyna się, gdy pacjent jest już ułożony na łóżku PET/CT i dostępny jest dostęp żylny.

W celu skorygowania atenuacji wykonuje się niskodawkową tomografię komputerową, rozpoczyna się akwizycję PET w trybie listy i kilka sekund po rozpoczęciu podaje się 300 MBq 18F-Florbetaben, a następnie przemywa 10 ml soli fizjologicznej.

Wczesna akwizycja potrwa 30 minut.

- Późna akwizycja Wykonuje się tomografię komputerową z niską dawką w celu skorygowania atenuacji i lokalizacji anatomicznej, po czym następuje 20-minutowa akwizycja PET w trybie listy, tak aby obrazy były uzyskiwane po 90 minutach (tolerancja: +10 minut) wychwytu radiofarmaceutyku.

Wszystkie rekonstrukcje PET będą miały następujące cechy:

• Matryca 256 x 256, FOV 30 cm
• Algorytm rekonstrukcji 3D-OSEM z TOF i PSF oraz ze standardowymi poprawkami na zanik, tłumienie, rozproszenie, czas martwy
• 8 iteracji, 32 podzbiory, filtr Gaussa z FWHM 5 mm. Surowe dane będą dostępne dla możliwych różnych iteracji, postanowiono a posteriori, w celu poprawy jakości obrazu.

Pacjenci nie muszą być na czczo ani wstrzymywać aktualnych terapii.

Oceny MRI i PET MRI

1. Zautomatyzowane badanie morfo-wolumetryczne mózgu (Freesurfer), poprzez akwizycję konwencjonalnych sekwencji (T2w, FLAIR 3D, T1w-3D), zharmonizowanych zgodnie z protokołem RIN:

   1. grubość korowa;
   2. globalny zanik mózgu;
   3. obciążenie zmianami;
   4. Normalnie wyglądająca istota biała (NAWM).

2. Wykrywanie i badanie przewlekłych zmian „tlących się” przy użyciu techniki QSM, która pozwala zarówno na jakościową, jak i ilościową ocenę stopnia akumulacji żelaza w obrębie zmian chorobowych:

   1. Ocena jakościowa:

      • Identyfikacja zmian Rim+, zdefiniowanych jako „niewzmacniające się zmiany chorobowe z hiperintensywnym brzegiem okołomiernikowym”, z rdzeniem izo-ipointense;
      • Obliczenie globalnej objętości uszkodzeń Rim+ (w mm3), z późniejszym oddzielnym pomiarem rdzenia i Rim.

   2. Ocena ilościowa

      • obliczenie globalnej podatności zmian Rim+ (wyrażonej w ppb: części na miliard) w porównaniu z wartością referencyjną płynu mózgowo-rdzeniowego;
      • obliczenie podatności krawędzi i rdzenia oddzielnie.

3. Ocena aktywnych zmian poprzez ocenę:

   1. Liczba zmian wykazujących wzmocnienie kontrastograficzne (ocena jakościowa);
   2. Rodzaj wzmocnienia (wzmocnienie sferoidalne lub skorupowe). Różne parametry zostaną ocenione przez trzech operatorów (radiologów z doświadczeniem w neuroradiologii), w drodze konsensusu i podwójnej kontroli po 4 miesiącach od pierwszej oceny.

PET Stosowany będzie nieco skrócony protokół z 30-minutową dynamiczną akwizycją bezpośrednio po wstrzyknięciu 18F-Florbetaben, po której następuje 20-minutowa akwizycja opóźniona (przeprowadzana pomiędzy 90 a 110 minutami po wstrzyknięciu). Znacznik wiąże się z NAWM iw mniejszym stopniu z aktywnie demielinizującymi blaszkami, co zostanie określone ilościowo. Ponadto półilościowa obiektywna metodologia zostanie wykorzystana do uzyskania danych na temat stopnia demielinizacji różnych zbadanych przypadków poprzez porównanie danych dotyczących badanego regionu z wychwytem NAWM i wychwytem z obszaru referencyjnego.

W szczególności przewidziana półkwantyfikacja to SUVr, gdzie ROI wychwytu to zmiany wstępnie podzielone przez neuroradiologa na MRI (sekwencje FLAIR i T1), podczas gdy dla referencyjnych ROI zostanie ocenionych kilka możliwości: przeciwległe ROI wychwytu (tj. w istocie białej, jeśli pozornie normalne na MRI), gorące punkty istoty białej w późnej akwizycji, średnia istoty białej z wyłączeniem ROI wychwytu. Oceniony zostanie również profil dynamicznego wychwytu z wczesnej akwizycji, przy użyciu różnych rekonstrukcji czasowych.

Ta półilościowa ocena zostanie przeprowadzona we współpracy z kolegami z medycyny nuklearnej i Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej w Genui, którzy mają duże doświadczenie w tej dziedzinie i niedawno opublikowali półilościowe metody oceny badań PET w chorobie Alzheimera .

Wielkość próbki

Jest to eksploracyjne badanie korelacji między wynikami klinicznymi, laboratoryjnymi, MRI i PET. Rozważania dotyczące wielkości próby zostały pominięte w bieżącym badaniu i mogą zostać uwzględnione i udoskonalone w przyszłych badaniach potwierdzających.

Oczekiwane wyniki Głównym celem badania będzie weryfikacja obecności korelacji między obrazami PET i MRI wskazującymi na przewlekłą aktywność zapalną (blaszki tlące się), pozorny brak aktywności zapalnej (nieme blaszki bez obwódki mikrogleju) lub wskazujące na nowszą aktywność zapalną aktywności, w obszarach wzmacniających kontrast lub w obszarach T2/Flair dodatnich o niezbyt odległym początku.

Dane PET zostaną skorelowane z konwencjonalnymi parametrami MRI oraz z danymi klinicznymi i laboratoryjnymi. Stwierdzenie istotnych korelacji potwierdzałoby rolę PET jako przydatnego narzędzia do oceny aktywności demielinizacji i remielinizacji, która może być charakterystyczna dla określonej fazy choroby lub nawet dla określonych typów poszczególnych pacjentów.

Szczególna uwaga zostanie zwrócona na badanie zmian przewlekłych, biorąc pod uwagę obiecujące wyniki ostatnich badań wykazujących możliwość odróżnienia cichych zmian od aktywnych zmian przewlekłych (określanych jako „tlące się”) charakteryzujących się rdzeniem całkowitej demielinizacji i obrzeżami z aktywowanymi elementami mikrogleju/makrofagów .

Obecność tego „obwodu obwodowego” można ocenić ilościowo in vivo za pomocą sekwencji rezonansu magnetycznego QSM (Quantitative Susceptibility Mapping) z badaniem pola magnetycznego 3T z dobrą wiarygodnością w porównaniu z korelatem histologicznym.

Powiązanie i połączenie danych obrazowania MRI strukturalnego (dotyczących zarówno obszarów demielinizacji, jak i złogów żelaza) z danymi PET (dotyczącymi złogów amyloidowych) może lepiej pozwolić na identyfikację w kohorcie pacjentów z przewlekłymi zmianami demielinizacyjnymi, zmian typu tlącego, w których demielinizacja proces wciąż trwa i które w związku z tym, oprócz wskazania czynnika predykcyjnego niepowodzenia procesu remielinizacji, korelują z dłuższym czasem trwania choroby i bardziej postępującym przebiegiem.

Dozymetryczne badanie PET/CT z 18F-Florbetabenem jest uzasadnione ze względu na stosunek korzyści do ryzyka dla pacjenta. Po podaniu radiofarmaceutyku pacjent nieuchronnie otrzyma określoną dawkę promieniowania. Aktywność do podania została ustalona na poziomie 300 MBq, czyli poniżej górnej granicy 360 MBq, w celu uzyskania badania PET o dobrej dokładności diagnostycznej przy rozsądnej dawce promieniowania.