黒質のニューロメラニン感受性磁気共鳴イメージングのための標準化されたデータ取得

ニューロメラニン(NM)は、黒質(SN)のドーパミン作動性ニューロンおよびコエルレウス座(LC)のノルアドレナリン作動性ニューロンに見られる暗い色素です^1,2。NMは、細胞質ドーパミンとノルエピネフリンの鉄依存性酸化によって合成され、ソーマ³のオートファジー液胞に貯蔵されます。それは2〜3歳頃に人間に最初に現れ、^1,4,5歳で蓄積します。

SNおよびLCニューロンのNM含有液胞内では、NMは鉄と複合体を形成する。これらのNM-鉄錯体は常磁性であるため、磁気共鳴画像法(MRI)を用いてNMを非侵襲的に可視化することができます^6,7。NMを可視化できるMRIスキャンは、NM感度MRI(NM-MRI)として知られており、直接的または間接的な磁化伝達効果を使用して、NM濃度の高い領域(SNなど)と周囲の^白質8,9との間のコントラストを提供します。

磁化移動コントラストは、高分子結合水プロトン(磁化移動パルスによって飽和している)と周囲の自由水プロトンとの間の相互作用の結果である。NM-MRIでは、NM-鉄錯体の常磁性が周囲の自由水陽子の_T1 を短くし、その結果、磁化伝達効果が減少し、NM-MRIスキャンでNM濃度の高い領域が高輝度に見えると考えられている¹⁰。逆に、SNを取り巻く白質は高分子含有量が高いため、磁化移動効果が大きいため、NM-MRIスキャンではこれらの領域が低信号に見えるため、SNと周囲の白質とのコントラストが高くなります。

SNにおいて、NM−MRIは、ドーパミン作動性細胞喪失¹¹およびドーパミン系機能¹²のマーカーを提供することができる。これらの2つのプロセスは、いくつかの神経精神障害に関連しており、膨大な量の臨床および前臨床研究によってサポートされています。例えば、ドーパミン機能の異常は統合失調症で広く観察されている。陽電子放出断層撮影(PET)を用いたin vivo研究では、線条体ドーパミン放出の増加13,14,15,16およびドーパミン合成能力の増加が示されています^{17,18,19,20,21,22}.さらに、死後の研究では、統合失調症の患者は、大脳基底核²³および^SN24,25におけるチロシンヒドロキシラーゼ(ドーパミン合成に関与する律速酵素)のレベルが上昇していることが示されています。

いくつかの研究は、特にパーキンソン病におけるドーパミン作動性細胞喪失のパターンを調査している。死後の研究では、SNの色素性ドーパミン作動性ニューロンがパーキンソン病の神経変性の主要な部位であり^26,27、パーキンソン病のSN細胞喪失は正常な老化における細胞喪失と相関していないことが明らかになりました²⁸、それは疾患の期間と相関しています²⁹.ドーパミン作動系を調査するためのほとんどの方法とは異なり、非侵襲性、費用対効果、および電離放射線の欠如により、NM-MRIは用途の広いバイオマーカーとなっています³⁰。

この論文で説明されているNM-MRIプロトコルは、NM-MRIの被験者内および被験者間の再現性の両方を高めるために開発されました。このプロトコルは、下方-上方向のNM-MRIスキャンのカバレッジが限られているにもかかわらず、SNの完全なカバレッジを保証します。このプロトコルは、矢状、冠状、および軸方向の3次元(3D)T1強調(T1w)画像を利用しており、適切なスライススタック配置を実現するための手順に従う必要があります。この論文で概説されているプロトコルは、複数の研究^31,32で利用されており、広範囲にテストされています。Wenglerらは、NM-MRI画像が複数の日にわたって各参加者で2回取得されたこのプロトコルの信頼性の研究を完了^{しました32}。クラス内相関係数は、関心領域(ROI)ベースおよびボクセルワイズ分析に対するこの方法の優れたテスト再テストの信頼性、および画像の高いコントラストを示しました。