Monitoramento de metabólitos cerebrais usando técnicas de ressonância magnética de prótons e deutérios (SIGNATURES2023)

Introdução - O envelhecimento da população mundial é cada vez mais reconhecido como um desafio social crucial. No entanto, as ferramentas para realizar pesquisas metabólicas de alta qualidade sobre o envelhecimento do cérebro são muito limitadas.

O estudo proposto se concentrará em métodos para avaliar alterações cerebrais metabólicas que ocorrem durante o envelhecimento, bem como em 10 pacientes com doença de Alzheimer (DA). Além da DA, também serão examinados 10 pacientes com comprometimento cognitivo mínimo (CCL), 10 pacientes com diabetes mellitus tipo 2 (DM) e 10 pacientes com estenose carotídea de alto grau.

O método clínico atualmente mais proeminente para estudar o metabolismo cerebral in vivo é a tomografia por emissão de pósitrons (PET) usando 18F-fluorodesoxiglicose (FDG). Uma grande desvantagem deste método é a radiação ionizante. Um método baseado em imagem espectroscópica por ressonância magnética (MRSI), chamado imagem metabólica de deutério (DMI), expande as capacidades de MRSI oferecidas por técnicas baseadas em prótons e permite imagens in vivo do metabolismo da glicose sem radiação ionizante. Uma característica única do DMI é que, ao contrário do PET, ele não apenas mapeia a captação de glicose, mas também produtos a jusante, como lactato, glutamato e glutamina, oferecendo assim a possibilidade de detectar distúrbios metabólicos associados ao envelhecimento e à neurodegeneração.

Devido à sensibilidade relativamente baixa do DMI, são necessários campos magnéticos fortes para aumentar a relação sinal-ruído (SNR) e ativar o DMI. Recentemente, o primeiro scanner de RM 7T de campo ultra alto (UHF) disponível comercialmente foi aprovado para uso clínico e agora está disponível em Berna, tornando o DMI acessível. A motivação dos investigadores é fornecer métodos MRSI não invasivos, livres de radiação, baseados em deutério e prótons, permitindo estudos metabólicos do cérebro e estabelecer as bases para estudos observacionais longitudinais de longo prazo do envelhecimento; algo que dificilmente pode ser feito com PET devido à carga de radiação para controles saudáveis.

Objetivos - O objetivo principal do projeto proposto é estabelecer metodologia MRSI baseada em deutério (2H) e próton (1H) espacialmente resolvida em 3D para estudos do metabolismo cerebral e aplicar esta metodologia em um estudo de viabilidade in vivo. Para complementar o DMI, os investigadores estabelecerão mapeamento 1H-MRSI com resolução espectral UHF 3D para glicose, ácido gama-aminobutírico (GABA) e glutamato usando a técnica recentemente desenvolvida pelos investigadores chamada SLOW.

O objetivo secundário é criar um atlas de referência 3D espacialmente resolvido de informações metabólicas do cérebro para indivíduos saudáveis. O atlas permitirá a análise espacialmente resolvida de informações metabólicas de pacientes individuais com distúrbios neurológicos, comparando-os com dados normativos usando anormalidade derivada do escore z mapas.

Hipóteses - (a.) O mapeamento de glicose/glutamato/lactato baseado em MRSI 3D usando DMI facilita comparações quantitativas espacialmente resolvidas entre pacientes com DA e controles saudáveis ​​usando mapas de escore z; (b.) MRSI de glicose / GABA e glutamato editado em 1H-SLOW facilita comparações quantitativas espacialmente resolvidas entre pacientes com DA e controles saudáveis ​​usando mapas de pontuação z.

Métodos - os investigadores irão (i.) adaptar sua sequência UHF 1H-EPSI MRSI para DMI; (ii.) otimizar sua sequência EPSI editada em 1H-SLOW visando a medição cerebral total de GABA, edição de glutamato e glicose, juntamente com os metabólitos N-acetil-aspartato (NAA), colina, creatina e aspartato; (iii.) estender sua ferramenta analítica spectrIm-QMRS para quantificar e analisar conjuntos de dados metabólicos 3D-2H, (iv.) calcular todos os mapas metabólicos 1H e 2H-MRSI resolvidos em 3D e co-registrar com imagens anatômicas 3D de alta resolução; (v.) desenvolver metodologia para gerar atlas metabólico de dados normativos e realizar comparações baseadas em escores z usando o atlas.

Significância - É provável que a tendência para maior intensidade de campo na ressonância magnética continue a tornar o DMI cada vez mais disponível para investigação e aplicações clínicas. UHF DMI e 1H-EPSI MRSI fornecerão uma forma não invasiva de quantificar o metabolismo cerebral. O DMI oferece informações sobre o metabolismo da glicose, enquanto o 1H-SLOW fornece informações sobre as concentrações de glicose, GABA e glutamato. A abordagem proposta para a análise de dados de MRSI é fundamentalmente diferente daquela atualmente aplicada na MRSI clínica e permitiria detectar e exibir variações até mesmo sutis das características metabólicas normativas. Se bem sucedida, a imagem metabólica UHF ofereceria uma modalidade livre de radiação, que poderia ser repetidamente aplicada em indivíduos jovens e saudáveis ​​para estudar o envelhecimento. É importante ressaltar que os métodos propostos fornecerão insights mais profundos sobre a bioenergética, especificamente a função mitocondrial, a fosforilação oxidativa e o uso de combustíveis alternativos para o fornecimento de energia cerebral, informações que o FDG-PET não pode fornecer. Além disso, análises comparativas utilizando conjuntos de dados normativos facilitariam estudos do amplo espectro de distúrbios com bioenergética cerebral prejudicada, por exemplo, neurodegeneração, neuroinflamação, mas também doenças não específicas do sistema nervoso central, como obesidade e diabetes, todas com um elevado impacto socioeconómico.