Demyelinisering och remyelinering vid multipel skleros (MS) upptäckt av hjärnamyloid PET-CT

Multipel skleros (MS) är en autoimmun sjukdom som påverkar det centrala nervsystemet med åtföljande uppkomst av olika sensoriska, motoriska, sfinkter- och ibland kognitiva symtom. Det kännetecknas av närvaron av lymfo-monocytiska inflammatoriska infiltrat, demyelinisering, axonal skada, aktivering av medfödd immunitet, astroglios och remyelinisering. Under de senaste åren har magnetisk resonanstomografi (MRT) gjort enorma framsteg i diagnostik och uppföljning av patienter, och lyft fram encefaliska och spinala lesioner, deras antal och relativa lesionsbörda, lokalisering och kortikal involvering samt förekomsten av blod -förändringar i hjärnbarriären i de tidigaste stadierna av sjukdomen, associerade med aktivering av förvärvad immunitet med efterföljande inflammatorisk skada.

Demyeliniseringsplacken har på sin ytterkant en tunn vägg av järnhaltiga mikrogliaceller som kan detekteras med högupplösta magnetiska känslighets MRI-sekvenser och tekniker. Sådana plack, kända av neuropatologer som "glödande" plack, kännetecknas av en koncentriskt vidgare periferi som orsakar myelin och neuronal skada medan i mitten av lesionen blir processen med myelinförlust fullständig. Glödande plack, vanligare i progressiva former av sjukdomen, är speciella för MS jämfört med andra demyeliniserande sjukdomar och är förknippade med en negativ prognostisk signifikans.

Positron Emission Tomography (PET) är en teknik som gör det möjligt att analysera in vivo-metabolismen av vissa komponenter i det centrala nervsystemet, såsom neuroner och glia, och, i särskilda fall, för att belysa synaptisk funktion och onormala proteinansamlingar. Under de senaste åren har PET använts i MS speciellt för forskningsändamål: det gör det möjligt att bedöma graden av demyelinisering och remyelinisering genom att använda amyloidspårämnen som binder till den vita substansen, såväl som graden av mikroglialaktivering eller synaptisk försämring med användning av speciella spårämnen radioisotoper (TPSO-ligander eller glykoproteinet 2A i synaptiska vesiklar). Kombinationen av MRT och PET skulle kunna ge detaljerad information inte bara om graden och omfattningen av nervsystemets funktionsnedsättning, utan också om de mest drabbade cellpopulationerna, om metabolisk aktivitet i de drabbade hjärnområdena och om graden av framgång av skadan reparationsförsök.

Syftet med detta forskningsprojekt är att studera, med tillämpning av MRI- och PET-tekniker, en population av progressiva MS-patienter (PMS) med en relativt signifikant funktionsnedsättning och en population av patienter med en skovvis-remitterande form av sjukdomen (RRMS) med en mindre betydande neurologisk funktionsnedsättning. Syftet är att studera kroniskt aktiva eller "glödande" plack, med magnetisk känslighet MRI-tekniker och PET-tekniker med amyloidspårare, kroniskt inaktiva plack och nyare T2/Flair-positiva plack, med eller utan kontrastförstärkning, för att verifiera och kvantifiera deras närvaro och för att korrelera deras antal, morfologi och lokalisering med graden av funktionshinder, det kliniska förloppet, utvecklingen av sjukdomen och laboratoriedata, utvärdera i varje fall omfattningen av demyelinisering och remyeliniseringsprocess och graden av aktivering av medfödd immunitet. Data som erhålls kommer att bearbetas och utvärderas för att identifiera MRI- och PET-skillnader i de olika sjukdomsförloppen och för att få information om de olika sjukdomsutvecklingsvägarna hos patienter.

Studiedesign Rekryterade patienter kommer att genomgå en hjärn-MRT, en hjärn-PET-skanning med amyloidspår och funktionsbedömningsskalor vid tidpunkten för rekryteringen.

Alla patienter kommer att genomgå klinisk utvärdering och olika tester:

• EDSS och MS Functional Composite Scale
• Mini-BÄSTA
• TUG-test, MSWS-12, Berg Balance Scale (BBS)
• Nio håls tapptest (9-HPT) för höger och vänster övre extremitet.
• Kognitiva funktioner utvärderade av Brief International Cognitive Assessment for MS (BICAMS) och MMSE

Laboratorieanalys av serummarkörer kommer att utföras. Specifikt neuronala och gliala cytoskelettproteiner (t.ex. Nf-L, pN-FH, GFAP) som hjärnskadeindex (axonala och cellulära skador), kommer att övervägas och kvantifieras.

Nivåerna av specifika neurotrofiska faktorer (t.ex. BDNF, GDNF) och cytokiner (t.ex. TNFa, IL-6, IL-ip, interferon) kommer att bestämmas; det finns bevis på deras inblandning i synaptisk plasticitet, kognitiva och motoriska funktioner och i neuroinflammatoriska processer som är typiska för MS.

MRT-protokoll Undersökningar kommer att utföras på en 3T MRI-skanner med en 32-kanals huvudspole med sekvenser optimerade och harmoniserade av IRCCS Neuroscience Network.

Sekvenserna som kommer att förvärvas kommer att vara:

1. T1-vägd sagittal volymetrisk bild (MP-RAGE, 1 mm upplösning) för att studera morfologin och encefalonvolymen
2. T2-FLAIR viktad sagittal volymetrisk bild (1 mm upplösning) för lesionslokalisering och konturering
3. en sekvens av diffusionsvägda bilder (EPI, 2,5 mm upplösning, b=1000 och 2000 s/mm2, 30 riktningar per skal) för studie av vävnadsmikrostruktur och för identifiering av patologirelevanta vita substansbuntar genom traktografi
4. en 3D multi-eko gradient ekosekvens för kvantitativ känslighetskartläggning (1 mm upplösning, 8 ekon) för studie av lokal känslighet
5. en fMRI-vilotillståndssekvens (EPI, 3 mm upplösning, 200 volymer med en tidsupplösning på 2,4 s) för studie av funktionella vilotillståndsnätverk.

PET-protokoll

PET/CT-studien kommer att utföras med ett dubbeltidsinsamlingsprotokoll:

- Tidig insamling Tidig inhämtning börjar med att patienten redan är placerad på PET/CT-sängen och venös åtkomst är tillgänglig.

En lågdos CT-skanning görs för dämpningskorrigering, PET-insamlingen startas i listläge och ett par sekunder efter starten ges 300 MBq 18F-Florbetaben följt av tvättning med 10 ml koksaltlösning.

Tidiga förvärv kommer att pågå i 30 minuter.

- Sen insamling En lågdos CT-skanning utförs för att korrigera för försvagning och anatomisk lokalisering, följt av en 20-minuters PET-insamling i listläge så att bilder tas efter 90 minuter (tolerans: +10 minuter) av radiofarmaceutiskt upptag.

Alla PET-rekonstruktioner kommer att ha följande egenskaper:

• 256 x 256 matris, FOV 30 cm
• 3D-OSEM rekonstruktionsalgoritm med TOF och PSF och med standardkorrigeringar för avklingning, dämpning, spridning, dödtid
• 8 iterationer, 32 delmängder, Gaussiskt filter med FWHM på 5 mm. Rådata kommer att finnas tillgängliga för möjliga olika iterationer, beslutade i efterhand, för att förbättra bildkvaliteten.

Patienter behöver inte vara fastande eller avbryta nuvarande behandlingar.

MRT och PET-utvärderingar MRT

1. Automatiserad encefalisk morfo-volumetrisk studie (Freesurfer), genom förvärv av konventionella sekvenser (T2w, FLAIR 3D, T1w-3D), harmoniserad enligt RIN-protokoll:

   1. kortikal tjocklek;
   2. global hjärnatrofi;
   3. lesioner börda;
   4. Normalt framträdande vit substans (NAWM).

2. Detektering och studier av kroniska "gyllande" lesioner med hjälp av QSM-tekniken, som möjliggör både kvalitativa och kvantitativa bedömningar av omfattningen av intralesional järnackumulering:

   1. Kvalitativ bedömning:

      • Identifiering av Rim+ lesioner, definierade som "icke-förstärkande lesioner med hyperintense perilesional kant", med iso-ipointense kärna;
      • Beräkning av den globala volymen av Rim+ lesioner (i mm3), med efterföljande separat mätning av kärna och kant.

   2. Kvantitativ bedömning

      • beräkning av den globala känsligheten för Rim+-lesioner (uttryckt i ppb: miljarddelar), jämfört med CSF-referensvärdet;
      • beräkning av känslighet för fälg och kärna, separat.

3. Utvärdering av aktiva lesioner genom att bedöma:

   1. Antal lesioner som visar kontrastografisk förbättring (kvalitativ bedömning);
   2. Typ av förbättring (nodulär eller skalförstärkning). De olika parametrarna kommer att utvärderas av tre operatörer (radiologer med expertis inom neuroradiologi), med konsensusöverenskommelse och dubbelkontroll 4 månader efter den första utvärderingen.

PET Ett något förkortat protokoll kommer att användas med ett 30-minuters dynamiskt förvärv omedelbart efter injektionen av 18F-Florbetaben följt av ett 20-minuters fördröjt förvärv (detta utförs mellan 90 och 110 minuter efter injektionen). Spårämnet binder till NAWM och i mindre utsträckning till de aktivt demyeliniserande placken, som kommer att kvantifieras. Dessutom kommer en semikvantitativ objektiv metod att användas för att erhålla data om graden av demyelinisering av de olika undersökta fallen genom jämförelse av data från den undersökta regionen med NAWM-upptag och ett referensområdesupptag.

I synnerhet är den planerade semikvantifieringen en SUVr där upptags-ROI är de lesioner som försegmenterats av neuroradiologen på MRI (FLAIR- och T1-sekvenser), medan för referens-ROI:erna kommer flera möjligheter att utvärderas: de kontralaterala upptags-ROI:erna (dvs. i den vita substansen, om den är till synes normal på MRI), den vita substansen hot-spots i det sena förvärvet, den vita substansen i genomsnitt med undantag för upptags-ROI. Den dynamiska upptagningsprofilen från det tidiga förvärvet kommer också att bedömas med hjälp av olika tidsmässiga rekonstruktioner.

Denna semikvantitativa utvärdering kommer att genomföras i samarbete med kollegor från Nuclear Medicine och National Institute of Nuclear Physics i Genua, som har lång erfarenhet inom området och nyligen har publicerat semikvantitativa metoder för utvärdering av PET-utredning vid Alzheimers sjukdom .

Provstorlek

Detta är en explorativ studie av korrelation mellan kliniska, laboratorie-, MRT- och PET-fynd. Överväganden om urvalsstorlek utelämnas i den aktuella studien och kan inkluderas och perfektioneras i framtida bekräftande studier.

Förväntade resultat Huvudsyftet med studien kommer att vara att verifiera närvaron av korrelationer mellan PET- och MRI-bilder som tyder på kronisk inflammatorisk aktivitet (gyllande plack), uppenbar frånvaro av inflammatorisk aktivitet (tysta plack utan mikroglial kant) eller indikerar nyare inflammatorisk aktivitet aktivitet, i kontrasthöjande områden eller i T2/Flair-positiva områden med inte avlägsen debut.

PET-data kommer att korreleras med konventionella MRI-parametrar och med kliniska data och laboratoriedata. Upptäckten av signifikanta korrelationer skulle stödja PET:s roll som ett användbart verktyg för att utvärdera demyeliniserings- och remyeliniseringsaktivitet, som kan vara karakteristisk för en viss sjukdomsfas eller till och med möjligen för specifika typer av individuella patienter.

Särskild uppmärksamhet kommer att ägnas åt att studera kroniska lesioner med tanke på de lovande resultaten som rapporterats i nyare studier som visar möjligheten att skilja tysta lesioner från aktiva kroniska lesioner (som kallas "glödring") som kännetecknas av en kärna av fullständig demyelinisering och en periferi med aktiverade mikroglia/makrofagerelement .

Förekomsten av denna "perifera kant" kan kvantitativt bedömas in vivo med QSM (Quantitative Susceptibility Mapping) magnetiska resonanssekvenser med 3T magnetfältsstudie med god tillförlitlighet jämfört med det histologiska korrelatet.

Associationen och sammansmältningen av strukturella MRT-avbildningsdata (relaterade till både områden med demyelinisering och järnavlagringar) med PET-data (relaterade till amyloidavlagringar) kan bättre göra det möjligt att identifiera, inom en kohort av patienter med kroniska demyeliniserande lesioner, lesioner av pyrande typ där demyelinisering process fortfarande pågår och som därför, förutom att indikera en prediktiv faktor för misslyckande av remyeliniseringsprocessen, korrelerar med en längre varaktighet av sjukdomen och ett mer progressivt förlopp.

Dosimetri PET/CT-undersökning med 18F-Florbetaben är motiverad med hänsyn till risk/nytta-förhållandet för patienten. Efter administrering av radioläkemedlet kommer patienten oundvikligen att få en viss stråldos. Aktiviteten som skulle administreras sattes till 300 MBq, vilket är under den övre gränsen på 360 MBq, för att få en PET-undersökning med god diagnostisk noggrannhet med en rimlig stråldos.