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
Summary
このプロトコルは、黒質のニューロメラニン感受性磁気共鳴画像データを取得する方法を示しています。
Abstract
ドーパミン作動系は、健康な認知(例えば、報酬学習および不確実性)および神経精神障害(例えば、パーキンソン病および統合失調症)において重要な役割を果たす。ニューロメラニンは、黒質のドーパミン作動性ニューロンに蓄積するドーパミン合成の副産物である。ニューロメラニン感受性磁気共鳴画像法(NM-MRI)は、これらのドーパミン作動性ニューロンにおけるニューロメラニンを測定するための非侵襲的方法であり、黒質におけるドーパミン作動性細胞損失の直接測定およびドーパミン機能の代理測定を提供する。NM-MRIはさまざまな神経精神障害の研究に役立つことが示されていますが、劣った優れた方向の視野が限られているため、黒質の一部が誤って除外されるため、データが失われる可能性があります。さらに、この分野には、大規模なマルチサイト研究と臨床への翻訳を促進するための重要なステップであるNM-MRIデータを取得するための標準化されたプロトコルがありません。このプロトコルでは、黒質全体をカバーする高品質のデータを確実に取得するための段階的なNM-MRIボリューム配置手順とオンライン品質管理チェックについて説明します。
Introduction
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。
Protocol
Representative Results
Discussion
ドーパミン作動系は、健康な認知および神経精神障害において重要な役割を果たします。 in vivo でドーパミン作動系を繰り返し調べるために使用できる非侵襲的方法の開発は、臨床的に意味のあるバイオマーカーの開発に不可欠です。ここで説明するプロトコルは、NM-MRIボリュームの配置や使用可能なデータを確保するための品質管理チェックなど、SNの高品質のNM-MRI画像を取得する?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ホルガ博士はNIMH(R01-MH114965、R01-MH117323)から支援を受けました。ウェングラー博士はNIMH(F32-MH125540)から支援を受けました。
Materials
| 3T Magnetic Resonance Imaging | General Electric | GE SIGNA Premier with 48-channel head coil |
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