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Neurosciences

흑질의 뉴로멜라닌 민감성 자기공명영상을 위한 표준화된 데이터 수집

Published: September 08, 2021
doi:
10.3791/62493
, , ,
1New York State Psychiatric Institute, 2Department of Psychiatry,Columbia University

Summary

이 프로토콜은 흑질의 뉴로멜라닌 민감성 자기공명영상 데이터를 획득하는 방법을 보여준다.

Abstract

도파민 성 시스템은 건강한인지 (예 : 보상 학습 및 불확실성) 및 신경 정신 장애 (예 : 파킨슨 병 및 정신 분열증)에 중요한 역할을합니다. 뉴로멜라닌은 흑질의 도파민성 뉴런에 축적되는 도파민 합성의 부산물입니다. 뉴로멜라닌 민감성 자기공명영상(NM-MRI)은 이러한 도파민성 뉴런에서 뉴로멜라닌을 측정하는 비침습적 방법으로, 흑질의 도파민성 세포 손실을 직접 측정하고 도파민 기능의 대리 측정을 제공합니다. NM-MRI는 다양한 신경 정신 장애를 연구하는 데 유용한 것으로 나타 났지만, 열등한 우월한 방향의 제한된 시야로 인해 흑질의 일부를 우발적으로 배제하여 데이터가 손실 될 수 있습니다. 또한이 분야에는 대규모 다중 사이트 연구 및 임상 번역을 촉진하는 중요한 단계 인 NM-MRI 데이터 수집을위한 표준화 된 프로토콜이 부족합니다. 이 프로토콜은 전체 흑질에 대한 양질의 데이터 수집을 보장하기 위해 단계별 NM-MRI 볼륨 배치 절차 및 온라인 품질 관리 검사를 설명합니다.

Introduction

뉴로멜라닌(NM)은 흑질질(SN)의 도파민성 뉴런과 유전자좌(LC)의 노르아드레날린성 뉴런에서 발견되는 어두운 색소입니다.1,2. NM은 시토졸 도파민과 노르에피네프린의 철 의존적 산화에 의해 합성되며 소마3의 자가포식 액포에 저장됩니다. 2-3세 경에 인간에게 처음 나타나며 1,4,5세에 축적됩니다.

SN 및 LC 뉴런의 NM 함유 액포 내에서 NM은 철과 복합체를 형성합니다. 이러한 NM-철 복합체는 상자성이므로 자기 공명 영상(MRI)6,7을 사용하여 NM의 비침습적 시각화가 가능합니다. NM을 시각화 할 수있는 MRI 스캔은 NM 민감성 MRI (NM-MRI)로 알려져 있으며 직접 또는 간접 자화 전달 효과를 사용하여 NM 농도가 높은 영역 (예 : SN)과 주변 백질 8,9 간의 대비를 제공합니다.

자화 전달 대비는 거대 분자 결합 물 양성자 (자화 전달 펄스에 의해 포화 됨)와 주변 자유 수 양성자 사이의 상호 작용의 결과입니다. NM-MRI에서, NM-철 복합체의 상자성 성질은 주변 자유수 양성자의T1 을 단축시켜 자화 전달 효과를 감소시켜 NM-MRI 스캔(10)에서 NM 농도가 높은 영역이 초강렬하게 나타나도록 하는 것으로 여겨진다. 반대로, SN을 둘러싼 백질은 고분자 함량이 높기 때문에 자화 전달 효과가 커서 NM-MRI 스캔에서 이러한 영역이 저강도로 나타나 SN과 주변 백질 사이에 높은 대비를 제공합니다.

SN에서, NM-MRI는 도파민성 세포 손실(11) 및 도파민계 기능(12)의 마커를 제공할 수 있다. 이 두 과정은 여러 신경 정신병 적 장애와 관련이 있으며 방대한 임상 및 전임상 작업에 의해 뒷받침됩니다. 예를 들어, 도파민 기능의 이상은 정신 분열증에서 널리 관찰되었습니다. 양전자 방출 단층 촬영 (PET)을 사용한 생체 내 연구에 따르면 선조체 도파민 방출13,14,15,16이 증가하고 도파민 합성 능력이17,18,19,20,21,22 증가했습니다. . 또한, 사후 연구에 따르면 정신 분열증 환자는 기저핵23 및 SN 24,25에서 도파민 합성에 관여하는 속도 제한 효소 인 티로신 하이드 록 실라 제 수치가 증가했습니다.

여러 연구에서 특히 파킨슨 병에서 도파민 성 세포 손실 패턴을 조사했습니다. 사후 연구에 따르면 SN의 색소 도파민 성 뉴런은 파킨슨 병에서 신경 퇴행의 주요 부위이며26,27, 파킨슨 병의 SN 세포 손실은 정상 노화의 세포 손실과 상관 관계가 없지만28, 질병의 지속 기간과 상관 관계가 있습니다 29 . 도파민 성 시스템을 조사하는 대부분의 방법과 달리 비 침습성, 비용 효율성 및 전리 방사선의 부족으로 인해 NM-MRI는 다목적 바이오 마커30입니다.

이 논문에 설명된 NM-MRI 프로토콜은 NM-MRI의 피험자 내 및 피험자 간 재현성을 모두 증가시키기 위해 개발되었습니다. 이 프로토콜은 열등한 우수한 방향의 NM-MRI 스캔의 제한된 적용 범위에도 불구하고 SN의 전체 범위를 보장합니다. 이 프로토콜은 시상, 관상 및 축 3차원(3D) T1 강조(T1w) 이미지를 사용하며 적절한 슬라이스 스택 배치를 달성하기 위해 단계를 따라야 합니다. 이 논문에 요약 된 프로토콜은 여러 연구31,32에서 활용되었으며 광범위하게 테스트되었습니다. Wengler et al. NM-MRI 이미지가 여러 날에 걸쳐 각 참가자에서 두 번 획득 된이 프로토콜의 신뢰성에 대한 연구를 완료했습니다32. 클래스 내 상관 계수는 관심 영역(ROI) 기반 및 복셀와이즈 분석에 대한 이 방법의 우수한 테스트-재테스트 신뢰성과 이미지의 높은 대비를 입증했습니다.

Protocol

참고 :이 프로토콜을 개발하기 위해 수행 된 연구는 뉴욕 주 정신과 연구소 기관 검토위원회 지침 (IRB # 7655)에 따라 수행되었습니다. 한 명의 피험자를 프로토콜 비디오 녹화를 위해 스캔하고 서면 사전 동의를 얻었습니다. 이 프로토콜에 사용되는 MRI 스캐너에 대한 자세한 내용은 재료 표를 참조하십시오. 1. MRI 획득 매개 변수 다음 매개 변수를 사용하여 3…

Representative Results

그림 4 는 정신 또는 신경 장애가없는 28 세 여성 참가자의 대표 결과를 보여줍니다. NM-MRI 프로토콜은 그림 1에 설명된 프로토콜의 2단계에 따라 달성된 SN의 완전한 커버리지와 프로토콜의 3단계에 따라 만족스러운 NM-MRI 이미지를 보장합니다. NM 농도가 무시할 수 있는 SN과 이웃 백질 영역(즉, crus cerebri) 사이의 우수한 대비를 볼 수 있습니다. 이러한 이?…

Discussion

도파민 성 시스템은 건강한인지 및 신경 정신병 장애에 중요한 역할을합니다. 생체 내에서 도파민성 시스템을 반복적으로 조사하는 데 사용할 수 있는 비침습적 방법의 개발은 임상적으로 의미 있는 바이오마커의 개발에 매우 중요합니다. 여기에 설명된 프로토콜은 사용 가능한 데이터를 보장하기 위한 NM-MRI 볼륨 배치 및 품질 관리 검사를 포함하여 SN의 고품질 NM-MRI 이미지를 획득하기 위…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

호르가 박사는 NIMH (R01-MH114965, R01-MH117323)의 지원을 받았습니다. 벵글러 박사는 NIMH (F32-MH125540)의 지원을 받았습니다.

Materials

3T Magnetic Resonance Imaging General Electric GE SIGNA Premier with 48-channel head coil
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References

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Citer Cet Article
Salzman, G., Kim, J., Horga, G., Wengler, K. Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra. J. Vis. Exp. (175), e62493, doi:10.3791/62493 (2021).
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