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。
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方法論記事
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
* These authors contributed equally
この記事について
サマリー
要約
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。
概要
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
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プロトコル
注:このプロトコルを開発するために実施された研究は、ニューヨーク州精神医学研究所の治験審査委員会のガイドライン(IRB#7655)に準拠して実施されました。1人の被験者がプロトコルビデオを録画するためにスキャンされ、書面によるインフォームドコンセントが得られました。このプロトコルで使用されるMRIスキャナーの詳細については、 資料表 を参照してください。
1. MRI取得パラメータ
- 次のパラメータを持つ3D磁化準備高速取得勾配エコー(MPRAGE)シーケンスを使用して高解像度T1w画像を取得する準備をします:空間分解能= 0.8 x 0.8 x 0.8 mm3;視野 (FOV) = 176 x 240 x 240 mm3;エコー時間 (TE) = 3.43 ミリ秒;繰り返し時間 (TR) = 2462 ミリ秒;反転時間 (TI) = 1060 ミリ秒;フリップ角度= 8°;面内平行イメージング係数(ARC)= 2。スループレーンパラレルイメージングファクター(ARC)= 233;帯域幅 = 208 Hz/ピクセル;合計取得時間=6分39秒。
- 次のパラメータで磁化伝達コントラスト(2D GRE-MTC)を持つ2次元(2D)勾配想起エコーシーケンスを使用してNM-MRI画像を取得する準備をします:解像度= 0.43 ....
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結果
図4 は、精神障害や神経障害のない28歳の女性参加者の代表的な結果を示しています。NM-MRIプロトコルは、 図1で概説したプロトコルのステップ2に従うことによって達成されるSNの完全なカバレッジと、プロトコルのステップ3に従うことによって満足のいくNM-MRI画像を保証します。SNとNM濃度が無視できる近隣の白質領域(すなわち、大脳)との間の優れたコントラストが見られる。これらの画像は、SNの適切なカバレッジを確認し、アーティファクトをチェックするために、取得直後にチェックされました。SNの完全なカバレッジはアーティファクトなしで達成されたため、スキャンは品質チェックに合格し、繰り返す必要はありませんでした。
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ディスカッション
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画像を取得するための段階的な手順を提供します。
NM-MRIデータの分析のための詳細なプロトコルは他の場所で議論されていますが、完全を期すために、以前の作業の簡単な要約と、NM-MRI画像とボクセルワイズ分析の前処理に関する推奨事項を提供します。このアプローチは、このホワイトペーパーで説明されている取得プロトコルと組み合わせて以前に検証されています。以前の研究では、この方法の利点をより詳細に議論し、その再現性を裏付けるデータを提供しています6,12,32。
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開示事項
ホルガ博士とウェングラー博士はそれぞれ、中枢神経系疾患におけるニューロメラニンイメージングの分析と使用に関する特許(WO2021034770A1、WO2020077098A1)を保有していると報告し、Terran Biosciencesにライセンス供与されましたが、ロイヤルティは受け取っていません。
謝辞
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。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3T磁気共鳴画像法 | ゼネラル・エレクトリック | GE SIGNA Premier 48チャンネルヘッドコイル付き |
参考文献
- Zecca, L., et al. New melanic pigments in the human brain that accumulate in aging and block environmental toxic metals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (45), 17567-17572 (2008).
- Zucca, F. A., et al.
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再版と許可
