Estimating amyloid-β deposition using brain perfusion SPECT in Alzheimer's disease

De ziekte van Alzheimer is een progressieve aandoening die langzaam het geheugen en de cognitieve vaardigheden aantast en uiteindelijk de meest voorkomende vorm van dementie wereldwijd wordt. In de kern wordt de ziekte gedefinieerd door twee specifieke soorten schade die zich in de hersenen ophopen: kleverige klontjes van een eiwit genaamd amyloïd-bèta en gedraaide strengen van een eiwit genaamd tau. Deze klontjes en kluwen verstoren het vermogen van de hersenen om te communiceren, wat leidt tot de symptomen van de ziekte. Decennialang konden artsen deze veranderingen pas bevestigen nadat een patiënt was overleden door hersenweefsel te onderzoeken. Tegenwoordig kunnen we deze eiwitten echter detecteren terwijl iemand nog leeft. De meest nauwkeurige manier om dit te doen, is door een speciale radioactieve tracer in het lichaam te injecteren en een scanner te gebruiken om te zien waar de eiwitten zich hebben genesteld, een proces dat bekend staat als een PET-scan. Hoewel zeer effectief, zijn deze scans duur en niet in elk ziekenhuis beschikbaar. Een andere methode houdt in dat een monster wordt genomen van de vloeistof die de hersenen en de ruggenmerg omringt, bekend als cerebrospinale vloeistof, om de niveaus van deze eiwitten te meten. Dit is ook nauwkeurig, maar vereist een naald die in de onderrug wordt ingebracht, een procedure die veel mensen ongemakkelijk of beangstigend vinden. Vanwege deze barrières zoeken onderzoekers voortdurend naar eenvoudigere, meer toegankelijke manieren om te identificeren wie de ziekte mogelijk heeft voordat men overgaat tot deze meer invasieve of kostbare tests.

Een team van onderzoekers in Japan begon met de vraag of een veel oudere en algemener voorkomende beeldvormingstechniek kon helpen om dit gat te vullen. Ze richtten zich op een techniek genaamd SPECT, wat staat voor single photon emission computed tomography. In tegen tegenstelling tot de PET-scan, die direct zoekt naar de kleverige eiwitklontjes, kijkt een SPECT-scan niet naar de eiwitten zelf. In plaats daarvan meet het hoeveel bloed er naar verschillende delen van de hersenen stroomt. De logica achter deze aanpak is dat wanneer hersencellen beschadigd zijn of afsterven, ze minder energie nodig hebben en daarom minder bloed aantrekken. Bij de ziekte van Alzheimer vertonen specifieke gebieden in de hersenen, met name de gebieden die betrokken zijn bij het geheugen en het ruimtelijk bewustzijn, een verminderde doorbloeding lang voordat ernstige symptomen optreden. De onderzoekers wilden weten of het patroon van deze verminderde doorbloeding als een betrouwbare aanwijzing kon dienen om te voorspellen of een patiënt daadwerkelijk de ophoping van het amyloïd-eiwit had die de ziekte definieert.

Om dit te onderzoeken, bekeken het team de medische dossiers van 88 patiënten die tussen 2014 en 2024 een algemeen medisch centrum in Hyogo, Japan, hadden bezocht voor de evaluatie van geheugenproblemen. Al deze patiënten hadden een standaard reeks tests ondergaan, waaronder een cognitieve test om hun geheugen en denkvaardigheden te meten, een magnetische resonantie-imaging (MRI) scan om naar de structuur van hun hersenen te kijken, een SPECT-scan om de bloedstroom te meten, en een lumbale punctie om cerebrospinale vloeistof voor analyse te verzamelen. De onderzoekers gebruikten de vloeistofmonsters als de "waarheid" waarmee ze de SPECT-scans zouden testen. Ze analyseerden de vloeistof om te zien of deze hoge concentraties van het amyloïd-eiwit en het tau-eiwit bevat, wat de aanwezigheid van Alzheimer-pathologie zou bevestigen. Vervolgens vergeleken ze deze resultaten met de bloedstroomkaarten van de SPECT-scans om te zien of er een verband was.

De analyse onthulde een duidelijk patroon. De onderzoekers ontdekten dat bij patiënten met een ophoping van het amyloïd-eiwit er inderdaad een specifieke vermindering van de bloedstroom was in de achterste en zijdelingse delen van de hersenen, met name in een gebied dat de posterieure cingulate cortex en de pariëtale regio's wordt genoemd. Dit kwam overeen met wat wetenschappers al wisten over hoe Alzheimer de hersenen beïnvloedt. Wanneer ze nauwkeuriger keken, ontdekten ze dat het niveau van het amyloïd-eiwit in de vloeistof positief verbonden was met de bloedstroom in deze gebieden, wat betekent dat minder eiwitophoping geassocieerd werd met een betere doorbloeding. Omgekeerd waren de niveaus van het tau-eiwit in de vloeistof negatief verbonden met de doorbloeding, wat betekent dat hogere hoeveelheden tau geassocieerd werden met een lagere doorbloeding in dezelfde regio's. Dit bevestigde dat de veranderingen in de bloedstroom die zichtbaar waren op de SPECT-scans inderdaad gerelateerd waren aan de biologische veranderingen van de ziekte.

Echter, toen de onderzoekers probeerden de bloedstroomgegevens alleen te gebruiken om te voorspellen of een patiënt de ziekte had, waren de resultaten slechts matig succesvol. Ze bouwden een wiskundig model om te zien of ze de aanwezigheid van amyloïd konden raden op basis van de bloedstroomcijfers. Het beste resultaat kwam voort uit het kijken naar de bloedstroom in de linker pariëtale regio van de hersenen. Deze enkele meting kon onderscheid maken tussen patiënten met en zonder de ziekte met een nauwkeurigheidsniveau dat beter was dan willekeurig gokken, maar het was niet perfect. De onderzoekers vergeleken deze prestatie met de nauwkeurigheid van de vloeistoftests en vonden dat de vloeistoftests aanzienlijk beter waren in het maken van de juiste beslissing. Hoewel de bloedstroomscan een waarschijnlijkheid kon suggereren, kon het de definitieve verklaring die door de vloeistofanalyse of de gespecialiseerde PET-scan werd gegeven, niet vervangen.

De studie onderzocht ook andere factoren, zoals de leeftijd van de patiënten, hun scores op geheugentests en hoeveel tijd er was verstreken tussen hun verschillende scans. Geen van deze factoren presteerde zo goed als de bloedstroommetingen in de specifieke hersengebieden. De onderzoekers concludeerden dat hoewel een SPECT-scan geen vervanging kan zijn voor de directere methoden voor het detecteren van amyloïd, het waarde heeft als een onderstelend hulpmiddel. In een drukke klinische setting is een SPECT-scan veel betaalbaarder en breder beschikbaar dan een PET-scan. Het zou een nuttige eerste stap kunnen zijn om artsen te helpen beslissen welke patiënten het meeste baat zouden hebben bij de duurdere of meer invasieve bevestigingstests. Door patiënten te identificeren die de kenmerkende daling in bloedstroom vertonen, kunnen artsen patiënten effectiever triëren, waardoor zij ervoor zorgen dat degenen die de geavanceerde tests nodig hebben die eerder krijgen, terwijl anderen worden gespaard van onnodige procedures.

De onderzoekers waren zorgvuldig in het benoemen van de beperkingen van hun werk. De studie was retrospectief, wat betekent dat ze naar gegevens uit het verleden keken in plaats van nieuwe patiënten in de toekomst te volgen, en de groep van 88 mensen was relatief klein. Bovendien werden de vloeistoftests over een periode van tien jaar uitgevoerd met verschillende machines, wat enige variatie in de resultaten had kunnen introduceren. Ondanks deze beperkingen bieden de bevindingen een praktisch perspectief op hoe bestaande technologie kan worden hergebruikt. De studie suggereert dat de bloedstroompatronen in de hersenen, zichtbaar op een standaard SPECT-scan, een stille maar betekenisvolle signalen dragen over de onderliggende biologie van Alzheimer. Hoewel het geen op zichzelf staande oplossing is, vertegenwoordigt het een potentiële brug tussen de alledaagse instrumenten die in de meeste ziekenhuizen beschikbaar zijn en de hoogwaardige diagnostiek die nodig is om de ziekte te bevestigen, wat een manier biedt om vroege detectie toegankelijker te maken voor degenen die het nodig hebben.