ATTIVAZIONE MICROGLIALE NELLE MALATTIE EXTRAPIRAMIDALI: UNO STUDIO PET-[11C]PK11195

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI MILANO-BICOCCA Facoltà di Medicina e Chirurgia Corso di Laurea Magistrale in Biotecnologie Mediche ATTIVAZIONE MICROGLIALE NELLE MALATTIE EXTRAPIRAMIDALI: UNO STUDIO PET-[11C]PK11195 RELATORE: Prof.ssa Rosa Maria Moresco CORRELATORE: Dott.ssa Daniela Rota Tesi di Laurea di: Silvia Brambati Matricola: ANNO ACCADEMICO

2 RIASSUNTO INTRODUZIONE Il morbo di Parkinson e la demenza da corpi di Lewy rappresentano la più frequente causa di demenza in soggetti in età avanzata. In particolare il Morbo di Parkinson è una patologia a carico del sistema extrapiramidale caratterizzato dal deficit di dopamina nello striato dovuto alla perdita di cellule nella sostanza nera e dalla formazione di corpi di inclusione all interno dei neuroni, i cosiddetti corpi di Lewy. La Demenza da corpi di Lewy è riconosciuta come la seconda causa più frequente di demenza neurodegenerativa in età avanzata. Si presenta come una sindrome acinetico-rigida associata ad un concomitante e progressivo deficit delle funzioni cognitive. Entrambe le malattie presentano un evidente accumulo di corpi di Lewy a livello della corteccia e del tronco encefalico e attivazione microgliale. La microglia è un gruppo di cellule macrofagiche, derivanti dai monociti, con il ruolo fondamentale di sostenere il sistema nervoso centrale. La microglia attivata è implicata nella difesa e nella protezione contro le infezioni ma anche nella progressione delle malattie infiammatorie neurodegenerative del SNC. La trasformazione dallo stato quiescente allo stato di attivazione, tipico dei processi infiammatori, comporta l aumento dell espressione sulla membrana mitocondriale dei recettori periferici delle benzodiazepine (PBR). L aumento dell espressione di questi recettori viene considerato il principale marker di infiammazione e gliosi conseguente a processi neurodegenerativi quali appunto il Morbo di Parkinson e la Demenza di Lewy Body. Mediante la metodica PET e il tracciante [ 11 C]-PK11195 è possibile misurare l aumento dell espressione dei PBR e quindi conoscere in vivo lo stato di attivazione della microglia. OBIETTIVO DELLO STUDIO L obiettivo principale dello studio è la misurazione in vivo mediante PET e tracciante [ 11 C]-PK11195 dell espressione dei PBR in pazienti affetti da morbo di Parkinson e da Demenza di Lewy Body. La procedura di analisi delle bioimmagini cerebrali, ottenute dagli esami PET, è fondamentale per riuscire a evidenziare le aree nelle quali è presente attivazione microgliale.

3 MATERIALI E METODI I soggetti che hanno partecipato a questo studio possono essere suddivisi in tre gruppi: gruppo dei controlli o dei normali (6 soggetti NC), gruppo di pazienti affetti da Morbo di Parkinson (5 soggetti PD) e gruppo di pazienti affetti da Demenza di Lewy Body (6 soggetti - LBD). Per valutare l espressione dei recettori PBR a livello cerebrale, si inietta un bolo di [ 11 C]- PK11195 per via intravenosa in ogni soggetto che partecipa allo studio. La radioattività emessa viene registrata con uno scanner PET con 35 fette per un intervallo di tempo di circa 60 minuti in modalità 3D secondo la seguente sequenza dinamica: 4 x 60 s, 4 x 120 s, 1 x 180 s, 5 x 300 s, 2 x 600 s. Analisi quantitativa dei dati: Il Binding Potential (BP) rappresenta la misura del legame in vivo del [ 11 C]-PK11195 ai recettori PBR e può essere quindi indicativo del grado di attivazione microgliale. Il BP viene stimato a livello di voxel utilizzando il modello compartimentale semplificato con input a tessuto di riferimento implementato nel software RPM (Receptor Parametric Mapping di Gunn & Lammertsma). Il tessuto di riferimento rappresenta una area cerebrale priva di legame specifico del tracciante. L estrazione e l identificazione del tessuto di riferimento si effettua applicando la cluster analisi alle immagini PET di ogni soggetto. Per ogni controllo si ricava la regione di riferimento e si identifica la curva attività-tempo (TAC) media. L identificazione della regione di riferimento nei soggetti patologici viene effettuata tramite un programma automatico sviluppato in matlab che identifica automaticamente il tessuto (cluster) che ha la cinetica più simile alla TAC dei controlli. Le immagini parametriche ottenute da RPM vengono pulite per eliminare il rumore di fondo applicando un operazione di filtraggio e, in seguito, normalizzate rispetto ad uno spazio stereotassico anatomico standard (template) utilizzando il software SPM (Statistical Parametric Mapping). I dati di attivazione microgliale sono stati estratti con il software Analyze in grado di calcolare i valori medi di BP per le regioni di interesse (ROI) posizionate sulle immagini parametriche filtrate e normalizzate. I valori di BP relativi ai tre gruppi di soggetti sono stati infine analizzati tramite il test statistico ANOVA e i test post-hoc (test di Bonferroni).

4 RISULTATI I risultati ottenuti evidenziano una sostanziale differenza dei valori di Binding Potential (BP) nelle regioni corticali e sottocorticali dei tre gruppi di soggetti presi in esame (PD, LBD e NC). In particolare l ANOVA ha evidenziato che tutte le regioni corticali, il precuneo e caudato dei pazienti affetti sia da morbo di Parkinson sia da Demenza di Lewy Body hanno un valore di BP significativamente maggiore rispetto ai normali (p<0,05). La successiva analisi post-hoc (Test di Bonferroni) ha dimostrato una differenza significativa nel cingolo anteriore e nel ponte nei pazienti PD rispetto ai normali. Nei pazienti LBD invece viene evidenziato un aumento significativo anche nel cingolo posteriore, nella corteccia parietale e occipitale rispetto ai normali. CONCLUSIONI La PET in associazione al tracciante PK11195 è una metodica che consente di misurare in vivo l attivazione microgliale in patologie extrapiramidali anche in fase precoce. La cluster analisi e il metodo automatico permettono di identificare il tessuto di riferimento in modo rapido e semplice ma necessitano comunque di una valutazione da parte dell operatore nei casi in cui il tracciante si distribuisca in modo non conforme all andamento della TAC di riferimento. Nonostante questo studio sia stato effettuato su un gruppo ridotto di soggetti, si osserva nei pazienti un aumento di espressione dei recettori PBRs e quindi della microglia attivata soprattutto a livello delle regioni corticali. L attivazione microgliale accompagna il processo infiammatorio che può essere presente anche nei primi stadi della patologia neurodegenerativa anche quando i sintomi clinici non si sono manifestati. Di conseguenza è importante rilevare la microglia attivata in fase precoce per poter prevedere lo stato e il decorso della patologia. Il confronto tra i due gruppi patologici mostra una più diffusa attivazione microgliale a livello delle regioni corticali nei pazienti affetti da LBD, in particolare si ha un coinvolgimento significativo della corteccia occipitale. Per validare i dati ottenuti e la metodologia di analisi applicata è necessario un incremento della popolazione in studio che consentirà di stabilire se esistono differenze statistiche significative tra i vari gruppi analizzati.

5 Studi futuri saranno necessari per validare il tracciante PK11195 come marker di neuroinfiammazione per effettuare una diagnosi differenziale del PD e di LBD già alla comparsa dei primi sintomi.