Role of Arterial Spin Labelling (ASL) Magnetic Resonance Imaging and Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) in Alzheimer’s disease and frontotemporal dementia

Het verborgen dashboard van de hersenen

Stel je je hersenen voor als een bruisende, hoogtechnologische stad. In een gezonde stad zijn de straten breed, de gebouwen stevig en verloopt het verkeer soepel. Maar soms begint de stad te vervallen. Er kunnen twee zeer verschillende soorten verval optreden: één waarbij het elektriciteitsnet van de stad langzaam uitvalt in de woon- en winkelwijken, en een andere waarbij het administratieve centrum en de hoofdweg van de stad eerst geblokkeerd raken. In de medische wereld noemen we dit de ziekte van Alzheimer (AD) en Frontotemporale Dementie (FTD).

Lange tijd hebben artsen geprobeerd deze twee van elkaar te onderscheiden door naar de "blauwdrukken" van de stad te kijken—standaard MRI-scans die laten zien of de gebouwen (hersenweefsel) zijn ingestort. Maar hier is het probleem: in de vroege stadia van de ziekte zien de gebouwen er vaak nog prima uit. Het verval vindt eerst plaats in de onzichtbare zaken: de verkeersstroom (bloeddoorstroming) en de energievoorziening (stofwisseling). Het is als een stad waar de lichten knipperen en de elektriciteitscentrales sputteren lang voordat de wolkenkrabbers beginnen te vallen.

Om deze onzichtbare veranderingen te zien, gebruiken wetenschappers twee speciale instrumenten. De eerste is Arterial Spin Labelling (ASL). Denk aan dit als een magische camera die het bloed in je slagaders beschildert met een tijdelijke, onzichtbare kleurstof. Het gebruikt geen echt radioactief materiaal; het gebruikt alleen magneten om het water in je bloed te labelen. Wanneer de camera een foto maakt, kan hij precies zien hoeveel bloed er naar verschillende wijken stroomt. Het tweede instrument is Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS). Als ASL een verkeerscamera is, dan is MRS een chemische proever. Het maakt geen foto van de vorm van de hersenen; in plaats daarvan analyseert het de "soep" van chemicaliën binnen de hersencellen om te zien of de werkers (neuronen) gezond zijn of dat de bouwploegen (gliacellen) in paniek zijn.

Waarom is dit belangrijk? Omdat het opsporen van deze ziekten in een vroeg stadium is als het opsporen van een brand voordat het dak instort. Als artsen het verschil tussen de twee soorten dementie vroegtijdig kunnen zien, kunnen ze de patiënt beter behandelen en helpen om het beste uit hun leven te halen. Maar tot nu toe was het moeilijk om deze vroege waarschuwingssignalen te zien zonder dure, stralingsintensieve scans. Dit brengt ons bij het verhaal van een nieuwe studie die probeerde deze twee magische instrumenten te gebruiken om het mysterie op te lossen.

Het detectivewerk: Het in kaart brengen van de glitches in de stad

Een team onderzoekers van het Govind Ballabh Pant Hospital in New Delhi besloot om detective te spelen. Ze verzamelden 45 mensen: 15 met Alzheimer, 15 met Frontotemporale Dementie, en 15 gezonde vrijwilligers die er gewoon waren om te laten zien hoe een "normale" stad eruitziet. Ze plaatsten iedereen in een krachtige 3-Tesla MRI-machine (een zeer sterke magneet) en gebruikten de ASL- en MRS-instrumenten om onder de motorkap van hun hersenen te kijken.

Het verkeersrapport (ASL-bevindingen)
De onderzoekers keken naar de bloeddoorstromingskaarten om te zien waar het verkeer vaststond. Ze ontdekten dat de twee ziekten verschillende delen van de stad verstoppen.

• Frontotemporale Dementie (FTD): Bij deze patiënten zat het verkeer ernstig vast in de voorkant van de hersenen (de frontale kwabben) en het voorste deel van de centrale hub (de anterior cingulate gyrus). Het was alsof het hoofdkantoor van de stad en de voordeur in een file stonden. De studie vond dat als de bloeddoorstroming in deze voorste hub onder de 31,91 ml/100 g/min zakte, dit een sterk teken van FTD was.
• Alzheimer (AD): In contrast hiermee hadden de Alzheimer-patiënten hun verkeersopstoppingen in de achterkant van de hersenen (de pariëtale en temporale kwabben) en het achterste deel van de centrale hub (de posterior cingulate gyrus). Het was alsof de woon- en winkelwijken aan de achterzijde van de stad werden afgesneden. Als de bloeddoorstroming in deze achterste hub onder de 38,29 ml/100 g/min zakte, wees dit op Alzheimer.

Het coole eraan? Deze verkeersopstoppingen vertoonden zich zelfs toen de gebouwen (hersenweefsel) nog niet veel waren ingestort. De onderzoekers berekenden dat het bekijken van de voorste hub FTD in ongeveer 86,6% van de gevallen correct kon identificeren, en dat het bekijken van de achterste hub Alzheimer in ongeveer 86,6% van de gevallen correct kon identificeren.

De chemische proeverij (MRS-bevindingen)
Vervolgens gebruikte het team de chemische scanner om de hersensoep te proeven. Ze zochten naar twee specifieke ingrediënten: NAA (een teken van gezonde, werkende neuronen) en mI (een teken van gestreste, overactieve ondersteunende cellen). Ze wilden de verhouding zien tussen de gezonde werkers en de gestreste helpers.

• Bij FTD: Wanneer ze de soep uit de voorste hub proefden, was de verhouding tussen gezonde werkers en gestreste helpers erg laag. Het was als een fabriek waar de machines kapot zijn en de reparatieploeg ongecontroleerd te werk gaat. Deze lage verhouding was een zeer sterk signaal voor FTD.
• Bij Alzheimer: Dezelfde lage verhouding verscheen in de achterste hub vergeleken met gezonde mensen. Echter, wanneer de onderzoekers deze specifieke chemische handtekening in de achterste hub probeerden te gebruiken om Alzheimer van FTD te onderscheiden, waren de resultaten gemengd. De chemische patronen in de achterste hub waren vergelijkbaar genoeg tussen de twee ziekten zodat deze specifieke test de twee niet betrouwbaar op zichzelf kon onderscheiden.

De studie vond dat de chemische verhouding in de voorste hub een zeer sterke indicator was voor FTD, wat hielp om het van Alzheimer te onderscheiden met een hoog succespercentage. De chemische handtekening in de achterkant van de hersenen was echter geen unieke vingerafdruk voor Alzheimer, omdat deze te veel leek op het patroon dat bij FTD werd gezien. Dit betekent dat hoewel deze instrumenten uitstekend zijn in het opsporen van het patroon van problemen, ze niet perfect zijn wanneer ze alleen worden gebruikt om tussen de twee ziekten te onderscheiden in elk individueel geval.

Wat de studie zegt (en niet zegt)

De onderzoekers concludeerden dat het gebruik van deze twee instrumenten samen is als het hebben van een superkrachtige zaklamp. Het schijnt een licht op de specifieke patronen van problemen die standaard MRI-scans vaak missen in de vroege stadia. Ze ontdekten dat FTD een "voorkant-van-de-hersenen"-probleem is, terwijl Alzheimer een "achterkant-van-de-hersenen"-probleem is, en dat beide verschijnen in de bloeddoorstroming en de chemische samenstelling voordat de hersenen zichtbaar krimpen.

De publicatie is echter voorzichtig om niet te zeggen dat dit een wondermiddel is. De auteurs suggereren dat hoewel deze instrumenten geweldig zijn om een patiënt met dementie te onderscheiden van een gezond persoon, en ze heel goed zijn in het herkennen van het patroon van de ziekte, ze niet perfect zijn wanneer ze alleen worden gebruikt om de twee ziekten in elk geval te onderscheiden. Er is nog steeds enige overlap. De studie suggere houdt voor dat de beste manier om deze informatie te gebruiken, is door het te combineren met de symptomen van de patiënt, hun geheugentesten en de standaard MRI-beelden.

Kortom, deze studie laat zien dat door te kijken naar hoe het bloed stroomt en welke chemicaliën aanwezig zijn, artsen een veel duidelijker, eerder beeld kunnen krijgen van wat er misgaat in de stad van de hersenen. Het is geen definitieve oplossing, maar het is een zeer veelbelovende nieuwe kaart voor het navigeren door de ingewikkelde wegen van de dementiediagnose.