Bu protokol, substantia nigra’nın nöromelanine duyarlı manyetik rezonans görüntüleme verilerinin nasıl elde edileceğini gösterir.
Dopaminerjik sistem, sağlıklı bilişte (örneğin, ödül öğrenme ve belirsizlik) ve nöropsikiyatrik bozukluklarda (örneğin, Parkinson hastalığı ve şizofreni) çok önemli bir rol oynar. Nöromelanin, substantia nigra’nın dopaminerjik nöronlarında biriken dopamin sentezinin bir yan ürünüdür. Nöromelanine duyarlı manyetik rezonans görüntüleme (NM-MRG), bu dopaminerjik nöronlardaki nöromelanini ölçmek için invaziv olmayan bir yöntemdir, substantia nigra’daki dopaminerjik hücre kaybının doğrudan bir ölçüsünü ve dopamin fonksiyonunun bir vekil ölçüsünü sağlar. NM-MRG’nin çeşitli nöropsikiyatrik bozuklukları incelemek için yararlı olduğu gösterilmiş olmasına rağmen, substantia nigra’nın bir kısmının kazara dışlanmasından kaynaklanan potansiyel veri kaybına neden olan aşağı-üstün yönde sınırlı bir görüş alanı ile zorlanmaktadır. Ek olarak, alan, NM-MRI verilerinin elde edilmesi için standartlaştırılmış bir protokolden yoksundur; bu, büyük ölçekli çok bölgeli çalışmaları ve kliniğe çeviriyi kolaylaştırmada kritik bir adımdır. Bu protokol, tüm substantia nigra’yı kapsayan kaliteli verilerin elde edilmesini sağlamak için adım adım NM-MRI hacim yerleştirme prosedürünü ve çevrimiçi kalite kontrol kontrollerini açıklamaktadır.
Nöromelanin (NM), substantia nigra’nın (SN) dopaminerjik nöronlarında ve locus coeruleus’un (LC) noradrenerjik nöronlarında bulunan koyu renkli bir pigmenttir 1,2. NM, sitozolik dopamin ve norepinefrinin demire bağımlı oksidasyonu ile sentezlenir ve soma3’teki otofajik vakuollerde depolanır. İlk olarak insanlarda 2-3 yaş civarında ortaya çıkar ve 1,4,5 yaşla birlikte birikir.
SN ve LC nöronlarının NM içeren vakuolleri içinde NM, demir ile kompleksler oluşturur. Bu NM-demir kompleksleri paramanyetiktir ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) kullanılarak NM’nin noninvaziv olarak görselleştirilmesine izin verir6,7. NM’yi görselleştirebilen MRI taramaları, NM’ye duyarlı MRI (nm-mri) olarak bilinir ve yüksek NM konsantrasyonuna sahip bölgeler (örneğin, SN) ve çevresindeki beyaz madde 8,9 arasında kontrast sağlamak için doğrudan veya dolaylı mıknatıslanma transfer etkilerini kullanır.
Manyetizasyon transfer kontrastı, makromoleküler bağlı su protonları (mıknatıslanma transfer darbeleri tarafından doyurulmuş) ile çevresindeki serbest su protonları arasındaki etkileşimin sonucudur. NM-MRG’de, NM-demir komplekslerinin paramanyetik doğasının, çevredeki serbest su protonlarınınT1’ini kısalttığına ve mıknatıslanma-transfer etkilerinin azalmasına neden olduğuna, böylece daha yüksek NM konsantrasyonuna sahip bölgelerin NM-MRI taramalarında hiperintens göründüğüne inanılmaktadır10. Tersine, SN’yi çevreleyen beyaz madde yüksek bir makromoleküler içeriğe sahiptir, bu da büyük mıknatıslanma-transfer etkilerine neden olur, böylece bu bölgeler NM-MRI taramalarında hipointens görünür, böylece SN ve çevresindeki beyaz madde arasında yüksek kontrast sağlar.
SN’DE, NM-MR, dopaminerjik hücre kaybı11 ve dopamin sistemi fonksiyonu12’nin bir belirtecini sağlayabilir. Bu iki süreç çeşitli nöropsikiyatrik bozukluklarla ilgilidir ve çok sayıda klinik ve klinik öncesi çalışma ile desteklenmektedir. Örneğin, dopamin fonksiyonundaki anormallikler şizofrenide yaygın olarak gözlenmiştir; pozitron emisyon tomografisi (PET) kullanan in vivo çalışmalar, striatal dopamin salınımının arttığını göstermiştir 13,14,15,16 ve dopamin sentez kapasitesinin arttığını göstermiştir 17,18,19,20,21,22 . Ayrıca, ölüm sonrası çalışmalar, şizofreni hastalarının bazal gangliyon23 ve SN 24,25’te tirozin hidroksilaz (dopamin sentezinde rol oynayan hız sınırlayıcı enzim) düzeylerinin arttığını göstermiştir.
Birçok çalışma, özellikle Parkinson hastalığında dopaminerjik hücre kaybı modellerini araştırmıştır. Post-mortem çalışmalar, SN’nin pigmentli dopaminerjik nöronlarının Parkinson hastalığında nörodejenerasyonun birincil bölgesi olduğunu ortaya koymuştur 26,27 ve Parkinson hastalığında SN hücre kaybı normal yaşlanmada hücre kaybı ile ilişkili olmasa da28, hastalığın süresi ile ilişkilidir 29 . Dopaminerjik sistemi araştırmak için kullanılan çoğu yöntemin aksine, invaziv olmama, maliyet etkinliği ve iyonlaştırıcı radyasyon eksikliği, NM-MRG’yi çok yönlü bir biyobelirteç30 yapar.
Bu yazıda açıklanan NM-MRG protokolü, NM-MRG’nin hem denek içi hem de denekler arası tekrarlanabilirliğini arttırmak için geliştirilmiştir. Bu protokol, NM-MRI taramalarının düşük-üstün yönde sınırlı kapsama alanına rağmen, SN’nin tam kapsama alanını sağlar. Protokol, sagital, koronal ve eksenel üç boyutlu (3D) T1 ağırlıklı (T1w) görüntüleri kullanır ve uygun dilim yığını yerleşimini sağlamak için adımlar izlenmelidir. Bu yazıda özetlenen protokol31,32 sayılı birçok çalışmada kullanılmış ve kapsamlı bir şekilde test edilmiştir. Wengler ve ark., NM-MRI görüntülerinin her katılımcıda birkaç gün boyunca iki kez elde edildiği bu protokolün güvenilirliği üzerine bir çalışmayı tamamladı32. Sınıf içi korelasyon katsayıları, ilgi bölgesi (ROI) tabanlı ve vokselistik analizlerin yanı sıra görüntülerdeki yüksek kontrast için bu yöntemin mükemmel test-tekrar test güvenilirliğini göstermiştir.
Dopaminerjik sistem sağlıklı biliş ve nöropsikiyatrik bozukluklarda çok önemli bir rol oynar. Dopaminerjik sistemi in vivo olarak tekrar tekrar araştırmak için kullanılabilecek noninvaziv yöntemlerin geliştirilmesi, klinik olarak anlamlı biyobelirteçlerin gelişimi için kritik öneme sahiptir. Burada açıklanan protokol, kullanılabilir verileri sağlamak için NM-MRI hacminin yerleştirilmesi ve kalite kontrol kontrolleri de dahil olmak üzere SN’nin kaliteli NM-MRI görüntülerini elde etmek …
The authors have nothing to disclose.
Dr. Horga, NIMH’den (R01-MH114965, R01-MH117323) destek aldı. Dr. Wengler, NIMH’den (F32-MH125540) destek aldı.
3T Magnetic Resonance Imaging | General Electric | GE SIGNA Premier with 48-channel head coil |