Biomarqueurs morphologiques basés sur la surface des structures cérébrales sous-corticales pour le suivi et la prédiction des signes caractéristiques de la maladie d'Alzheimer
Détecter les premiers signes de la maladie d'Alzheimer grâce à de légères modifications de la forme du cerveau
Section 1
Points clés
La forme des structures sous-corticales permet une quantification précise de l’atrophie cérébrale dans le cadre d’un trouble cognitif léger (MCI).
La forme de l’hippocampe est un biomarqueur sensible permettant de suivre l’évolution longitudinale de l’atrophie dans le MCI.
Les modifications morphologiques de l’hippocampe peuvent constituer un biomarqueur efficace reflétant avec précision les associations fortes avec le SUVR de la protéine Tau en TEP.
La forme de l’hippocampe est un biomarqueur sensible capable de prédire l’augmentation du SUVR de la protéine Tau en TEP dans l’hippocampe lui-même et dans le cortex entorhinal.
La forme de l’hippocampe et de l’amygdale reflète de fortes associations avec les biomarqueurs du LCR et du plasma liés à la pathologie de la MA et à la neurodégénérescence.
Les régions cérébrales sous-corticales, telles que l’hippocampe et l’amygdale, jouent un rôle essentiel dans diverses fonctions cognitives, émotionnelles et motrices. L’atrophie observée dans la maladie d’Alzheimer (MA) et d’autres maladies neurodégénératives est généralement évaluée à l’aide de mesures volumétriques de ces structures sous-corticales. L’atrophie étant généralement détectée à des stades avancés de la progression de la MA, les changements subtils liés à la maladie, qu’il s’agisse de la forme, des plis corticaux ou de la déformation de la surface des structures sous-corticales, sont mieux mis en évidence par l’application de techniques d’analyse morphologique de la forme.
Dans la présente étude, nous avons appliqué une analyse morphologique de la forme de surface afin de caractériser les évolutions longitudinales des structures sous-corticales dans la maladie d’Alzheimer. À cette fin, nous avons utilisé une métrique de forme locale estimée à partir des déformations non linéaires qui mesurent le déplacement spatial des surfaces externes individuelles des régions sous-corticales par rapport à un modèle anatomique de référence. Nous avons également utilisé cette métrique basée sur la surface pour établir des associations et effectuer des prédictions hors échantillon d’autres biomarqueurs de la MA, issus ou non de l’imagerie, tels que l’accumulation de protéine tau mesurée par imagerie TEP, ainsi que des biomarqueurs du LCR et du plasma.
Nos résultats ont révélé que les déformations locales de la forme des structures sous-corticales, telles que l’hippocampe, constituent un biomarqueur sensible permettant de suivre l’évolution longitudinale des changements morphologiques anatomiques dans le trouble cognitif léger (MCI). Nous avons également montré que les déformations de surface de l’hippocampe et de l’amygdale sont fortement corrélées à d’autres signes caractéristiques de la maladie d’Alzheimer (MA), notamment l’accumulation précoce de protéine tau dans le cortex entorhinal et les biomarqueurs liquides anormaux de la pathologie Aβ et de la neurodégénérescence. Enfin, nous avons également élaboré des modèles prédictifs qui ont permis de reproduire avec précision les mesures SUVR de la protéine tau observées par TEP, ce qui suggère la possibilité d’utiliser les données IRM anatomiques pondérées en T1 comme substitut de la TEP à la protéine tau pour la sélection des participants éligibles dans les essais cliniques portant sur des traitements modificateurs de la maladie.
Présentation de diapositives
Contexte
Contexte
Les biomarqueurs morphologiques du cerveau, en particulier au niveau des structures sous-corticales, désignent des modifications mesurables de l'anatomie cérébrale pouvant indiquer des processus pathologiques ou des altérations des fonctions cognitives et motrices. Des modifications structurelles dans ces régions, notamment au niveau de l’hippocampe et de l’amygdale, ont été associées à la maladie d’Alzheimer (MA) et à d’autres maladies liées à l’âge et neurodégénératives.
La quantification volumétrique des structures sous-corticales est la technique conventionnelle et largement acceptée pour suivre les changements anatomiques. En complément, les biomarqueurs basés sur la surface des zones sous-corticales se concentrent sur la morphologie de leur surface externe et sont particulièrement utiles pour détecter une atrophie locale, le plissement cortical ou une déformation de surface selon différentes directions spatiales. En effet, il a été systématiquement rapporté que les structures sous-corticales peuvent subir des changements morphologiques subtils, mais significatifs, dans le cadre de plusieurs maladies, changements qui pourraient ne pas être apparents à partir de seules mesures volumétriques.
Les structures sous-corticales, telles que l’hippocampe, jouent un rôle central dans la maladie d’Alzheimer. En effet, l’hippocampe est généralement associé au syndrome de la mémoire épisodique caractéristique de la maladie d’Alzheimer et à la neurodégénérescence qui en découle, et l’atrophie de l’hippocampe est étroitement liée à la pathologie temporale médiane liée à la protéine tau. Outre l’hippocampe, on s’intéresse depuis peu au rôle d’autres structures sous-corticales dans la progression de la pathologie de la maladie d’Alzheimer et du déclin cognitif. Par exemple, plusieurs études ont récemment identifié l’amygdale comme une région présentant une pathologie neurofibrillaire précoce liée à la protéine tau et décrivent le thalamus comme une région clé dans la démence, car une pathologie thalamique pourrait contribuer au déclin cognitif et aux symptômes comportementaux. Cependant, on en sait très peu sur la possibilité d’utiliser l’analyse morphologique de ces structures pour suivre la progression de la maladie et détecter des changements significatifs dans un cadre longitudinal.
Introduction et objectifs
Introduction
Les structures sous-corticales, telles que l’hippocampe, jouent un rôle central dans la maladie d’Alzheimer. En effet, l’hippocampe est généralement associé au syndrome de la mémoire épisodique caractéristique de la MA et à la neurodégénérescence qui en découle, et l’atrophie de l’hippocampe est étroitement liée à la pathologie temporale médiane liée à la protéine tau. Outre l’hippocampe, on s’intéresse depuis peu au rôle d’autres structures sous-corticales dans la progression de la pathologie de la MA et du déclin cognitif. Par exemple, plusieurs études ont récemment identifié l’amygdale comme une région présentant une pathologie neurofibrillaire précoce liée à la protéine tau et décrivent le thalamus comme une région clé dans la démence, car une pathologie thalamique pourrait contribuer au déclin cognitif et aux symptômes comportementaux. Cependant, on en sait très peu sur la possibilité d’utiliser l’analyse morphologique de ces structures pour suivre la progression de la maladie et détecter des changements significatifs dans un cadre longitudinal.
Représentation schématique des possibilités offertes par l'utilisation de la déformation de surface dans la maladie d'Alzheimer. L'analyse des déformations de surface des structures sous-corticales peut permettre d'expliquer les changements morphologiques longitudinaux liés à la progression de la maladie d'Alzheimer. De plus, les déformations de surface peuvent être intégrées en tant que variables d’intérêt dans des modèles multivariés afin de générer des prédictions concrètes concernant la TEP à la protéine Tau ainsi que les biomarqueurs du LCR et du plasma aux stades précoces de la MA.
Nous avons défini la projection de la transformation non linéaire du modèle sur le sujet dans la direction du vecteur normal à la surface comme notre mesure locale du déplacement vers l'intérieur ou vers l'extérieur. À l’aide de cette mesure, nous avons montré que cette quantification des déformations locales de la forme des structures sous-corticales, telles que l’hippocampe et l’amygdale, constitue un biomarqueur sensible permettant de suivre l’évolution longitudinale des changements morphologiques et de l’atrophie dans la MA. Nous avons également établi que les déformations locales de la forme de l’hippocampe étaient associées à d’autres signes caractéristiques de la MA, issus ou non de l’imagerie, notamment des biomarqueurs du LCR et du plasma. Il est important de noter que nous montrons que les déformations de la surface de l’hippocampe peuvent prédire le SUVR de la protéine Tau en TEP dans l’hippocampe lui-même et dans le cortex entorhinal, un signe très précoce de la MA.
Données de l'étude
Caractéristiques démographiques et cliniques des patients au début de l'étude
Caractéristiques cliniques | Cohorte pour l’analyse longitudinale† | ||
Personnes sans troubles cognitifs | Déficience cognitive légère | Maladie d’Alzheimer | |
N (au départ) | 324 | 401 | 54 |
Sexe (F/H) | 177/147 | 174/227 | 28/26 |
Âge (ans) | 73,44 ± 6,64 | 72,76 ± 7,65 | 73,65 ± 6,89 |
APOEε4 (C/NC) | 110/214 | 197/204 | 29/25 |
† Diagnostic au début de l'étude
Les données utilisées pour l'analyse provenaient de la base de données ADNI. N = 1 592 examens IRM provenant de participants présentant des fonctions cognitives normales (CN), une déficience cognitive légère (MCI) et la maladie d’Alzheimer (MA) ont été inclus dans l’analyse longitudinale des déformations sous-corticales, chaque sujet ayant fait l’objet d’au moins deux évaluations, dont une visite initiale. Après filtrage de cette cohorte en fonction de la qualité des images et du traitement, les examens retenus ont été classés en fonction de la présence d’une visite initiale ainsi que de visites de suivi à 24 et 48 mois après la visite initiale. Globalement, l’âge moyen des participants lors de la visite initiale était d’environ 73 ans et aucune différence statistiquement significative n’a été observée en termes d’âge entre les trois groupes de diagnostic. Une association statistiquement significative a été observée entre le sexe et le diagnostic clinique, ce qui s’explique par le nombre plus élevé d’hommes que de femmes dans le groupe MCI. De même, une association statistiquement significative a été observée entre l’APOEε4 et le diagnostic clinique, en raison du nombre plus élevé de non-porteurs de l’APOEε4 dans le groupe CN.
Caractéristiques cliniques | Cohorte pour l’analyse transversale† | |
Personnes sans troubles cognitifs | Déficience cognitive légère | |
N (au départ) | 574 | 717 |
Sexe (F/H) | 326/248 | 311/406 |
Âge (ans) | 59,52 ± 13,08 | 64,63 ± 8,77 |
APOEε4 (C/NC) | 183/391 | 343/374 |
† Diagnostic au début de l'étude
Les analyses transversales et les analyses de modèles prédictifs ont été réalisées sur une cohorte de N = 1 291 examens provenant de sujets CN et MCI lors de leur première visite disponible. Pour l’analyse de corrélation avec d’autres biomarqueurs d’imagerie (par exemple, TEP au tau, TEP au FDG) et non liés à l’imagerie (par exemple, plasma, LCR), cet échantillon a été filtré afin de faire correspondre les dates d’acquisition (sur une période de 90 jours) entre les IRM et les biomarqueurs correspondants. L’âge moyen lors de la visite initiale des participants de cette cohorte était d’environ 73 ans et aucune différence d’âge statistiquement significative n’a été observée entre les sujets CN et MCI. Une association statistiquement significative a été mise en évidence entre le sexe et le diagnostic clinique, ainsi qu’entre le gène APOEε4 et le diagnostic clinique.
Traitement d'images
Traitement d'images
Le pipeline PIANO™ entièrement automatisé de Biospective, destiné à l’analyse de la forme par sommet des structures sous-corticales, a été utilisé pour étudier des populations présentant des fonctions cognitives normales, un trouble cognitif léger (MCI) et la maladie d’Alzheimer (MA). Les images anatomiques alignées permettent d’extraire la surface externe des structures sous-corticales et de calculer des cartes par sommet des déformations non linéaires le long de la normale à la surface.
Cette illustration présente une vue d'ensemble des différentes étapes du « pipeline » PIANO™, le système automatisé de traitement des images IRM structurelles développé par Biospective. PIANO™ est un système configurable, modulaire et basé sur un pipeline, destiné au traitement entièrement automatisé d’images multimodales. PIANO™ est conçu pour le traitement à haut débit de données de neuroimagerie à grande échelle et issues de plusieurs centres. En bref, les images IRM 3D pondérées en T1 ont subi :
une correction de la non-uniformité de l’image à l’aide de l’algorithme N3, un masquage du cerveau, une transformation spatiale linéaire vers l’« espace stéréotaxique », puis une transformation non linéaire vers un « espace modèle » prédéfini.
Calcul des champs de déformation non linéaires associés à la transformation spatiale vers l’espace de gabarit.
Des zones d’intérêt (VOI) spécifiques ont été définies anatomiquement, explicitement sur un modèle, ou générées implicitement à l’aide d’un modèle d’apprentissage profond, et ont été combinées avec une classification des tissus spécifique à chaque sujet, selon les besoins.
Les surfaces externes des différentes zones d’intérêt (VOI), notamment l’hippocampe, l’amygdale, le noyau caudé, le thalamus et le putamen, ont été extraites automatiquement à l’aide de l’algorithme des cubes marchants.
La déformation locale sur les surfaces a été quantifiée à l’aide de la projection de la transformation non linéaire du modèle vers le sujet sur le vecteur normal à la surface du modèle.
L’analyse de la forme au niveau des sommets des zones d’intérêt sous-corticales a été dérivée des cartes de déformation sous-jacentes le long de la normale aux surfaces externes.
Analyse longitudinale des déformations de l'hippocampe chez les personnes atteintes de troubles cognitifs légers (MCI)
Analyse longitudinale des déformations de l'hippocampe chez les personnes atteintes de troubles cognitifs légers (MCI)
Représentation spatiale des variations longitudinales statistiquement significatives des déformations de la surface de l'hippocampe chez des sujets atteints de troubles cognitifs légers (MCI). Les effets de signe négatif correspondent à une déformation vers l'intérieur le long de la normale à la surface. Ces variations s'accentuent avec le temps, ce qui permet une évaluation quantitative locale de la progression précoce de l'atrophie.
Un modèle longitudinal à effets mixtes a été ajusté aux données de déformation de surface afin d’évaluer l’effet principal de l’évolution dans le temps pour chacun des groupes étudiés, à savoir les sujets « normaux sur le plan cognitif », ceux atteints de MCI et ceux atteints de MA. L’ensemble des covariables comprenait l’âge au début de l’étude et le sexe.
Après correction des comparaisons multiples à l’aide d’une approche basée sur le taux de fausses découvertes (FDR), des effets longitudinaux statistiquement significatifs au niveau des déformations superficielles locales de l’hippocampe ont été détectés chez les sujets atteints de MCI. La plupart de ces changements significatifs étaient localisés dans la tête de l’hippocampe et reflétaient un déplacement vers l’intérieur le long de la normale de la surface, fournissant ainsi une évaluation locale de la progression de l’atrophie au fil du temps. Les changements significatifs des déformations par rapport au moment de référence semblaient s’accentuer au fil du temps.
Analyse longitudinale des déformations de l'hippocampe chez des sujets sans troubles cognitifs et atteints de la maladie d'Alzheimer
Analyse longitudinale des déformations de l'hippocampe chez des sujets sans troubles cognitifs et atteints de la maladie d'Alzheimer
Représentation spatiale des changements statistiquement significatifs observés au niveau des déformations de l’hippocampe 48 mois après la visite initiale chez les sujets présentant des fonctions cognitives normales (panneau de gauche) et chez ceux atteints de la maladie d’Alzheimer (panneau de droite). Les changements longitudinaux ne se sont pas révélés statistiquement significatifs, comme c'est le cas pour les sujets atteints de troubles cognitifs légers (MCI), ce qui reflète à la fois la sensibilité et la spécificité de la mesure de la déformation de surface pour le diagnostic et le suivi des MCI.
Association entre les déformations de la surface de l'hippocampe et le SUVR de la protéine tau mesuré par TEP
Lien entre les déformations de la surface de l'hippocampe et
le SUVR de la TEP au tau
Association entre les déformations de la surface de l'hippocampe et le SUVR de la protéine Tau en TEP, tant au niveau de l'hippocampe lui-même que du cortex entorhinal. Cette association s'est révélée forte dans certaines zones de l'hippocampe, mais uniquement chez les sujets atteints de troubles cognitifs légers (MCI).
Un modèle linéaire transversal a été ajusté aux données de déformation de la surface de l’hippocampe chez les sujets CN et MCI au début de l’étude afin d’évaluer son association avec le SUVR de la protéine tau en TEP. L’ensemble des covariables comprenait l’âge, le sexe et le génotype APOEε4.
Après correction pour les comparaisons multiples, certaines déformations locales de la forme au niveau de la tête de l’hippocampe présentaient une association statistiquement significative avec l’accumulation de tau tant dans l’hippocampe que dans le cortex entorhinal, et ce uniquement pour la population de sujets atteints de MCI. Il est remarquable de constater que les clusters d’association significatifs sont principalement situés dans la tête de l’hippocampe et anatomiquement proches du cortex transentorhinal, une région bien connue pour la localisation précoce de la pathologie de la protéine tau (stades I/II de Braak).
Lien entre les déformations de la surface de l'hippocampe et les taux de pTau181 dans le LCR et le plasma
Lien entre les déformations de la surface de l'hippocampe et les taux de pTau181 dans le LCR et le plasma
Association entre les déformations de la surface de l'hippocampe et les taux de pTau181 dans le LCR et dans le plasma. Cette association semble plus forte et s'étendre sur une zone plus étendue pour la pTau181 dans le LCR que pour celle dans le plasma, en particulier chez les sujets atteints de troubles cognitifs légers (MCI).
Un modèle linéaire transversal a été ajusté aux données de déformation de la surface de l’hippocampe chez les sujets CN et MCI au début de l’étude afin d’évaluer son association avec la pTau181 dans le LCR et la pTau181 plasmatique. L’ensemble des covariables comprenait l’âge, le sexe et le génotype APOEε4.
Après correction pour les comparaisons multiples, les déformations locales de la forme dans plusieurs régions de l’hippocampe présentaient une association statistiquement significative avec la pTau181 tant dans le LCR que dans le plasma, bien que l’intensité et l’étendue spatiale de cette association aient semblé plus élevées pour la pTau181 dans le LCR. De même, la relation entre les déformations de la surface de l’hippocampe et la pTau181 dans le LCR et le plasma semble être plus forte chez les sujets atteints de MCI.
Le signe négatif sur ces cartes indique que l’augmentation de l’intensité des déformations orientées vers l’intérieur au niveau de la tête et du corps de l’hippocampe est associée à l’augmentation des taux de pTau181 tant dans le LCR que dans le plasma. En d’autres termes, les déformations de la surface de l’hippocampe orientées vers l’intérieur sont étroitement liées à la pathologie Aβ et à la protéine tau phosphorylée.
Association entre le volume de l'hippocampe et les taux de ptau181 dans le LCR et le plasma
Association entre le volume de l'hippocampe et les taux de pTau181 dans le LCR et le plasma
Association entre le volume de l'hippocampe et les taux de pTau181 dans le LCR et dans le plasma. On observe une corrélation modérée entre le volume de l'hippocampe et ces deux biomarqueurs liquides chez les sujets atteints de MCI, mais aucune corrélation significative chez les sujets CN.
Une analyse de corrélation de Pearson a été réalisée entre l'hippocampe volume et les taux de pTau181 dans le LCR et dans le plasma chez les sujets CN et MCI.
Chez les sujets atteints de MCI, nous avons observé une corrélation modérée entre le volume de l’hippocampe et chacun des deux biomarqueurs de pathologie présents dans les fluides. En revanche, aucune corrélation significative n’a été mise en évidence chez les sujets cognitivement normaux. Par rapport à nos données présentées sur la diapositive précédente, ce résultat montre que les déformations de la surface de l’hippocampe sont plus sensibles que son volume pour mettre en évidence des associations entre la forme de l’hippocampe et les taux de pTau181 dans le LCR et le plasma, tant chez les sujets cognitivement normaux que chez ceux atteints de MCI.
Association entre les déformations de la surface de l'hippocampe et les biomarqueurs plasmatiques NFL et GFAP
Lien entre les déformations de la surface de l'hippocampe et les biomarqueurs plasmatiques NfL et GFAP
Association entre les déformations de la surface de l'hippocampe et les biomarqueurs plasmatiques NfL et GFAP. Pour ces deux biomarqueurs, l'association semblait plus forte chez les sujets atteints de MCI. Chez les sujets CN, seul le NfL plasmatique présentait des zones d'association significatives avec les déformations de la surface de l'hippocampe.
Un modèle linéaire transversal a été ajusté aux données de déformation de la surface de l’hippocampe chez les sujets CN et MCI au début de l’étude afin d’évaluer son association avec les biomarqueurs plasmatiques de la chaîne légère des neurofilaments (NfL) et de la GFAP. L’ensemble des covariables comprenait l’âge, le sexe et le génotype APOEε4.
Après correction pour les comparaisons multiples, les déformations locales de la forme dans plusieurs régions de l’hippocampe se sont révélées statistiquement significatives en association avec la NfL plasmatique et la GFAP plasmatique, bien que l’intensité et l’étendue spatiale aient semblé plus élevées chez les sujets atteints de MCI. Le signe négatif de ces associations significatives signifie que l’augmentation de l’intensité des déformations vers l’intérieur dans certaines régions de l’hippocampe est corrélée à l’augmentation des taux plasmatiques de NfL et de GFAP. En d’autres termes, les déformations de la surface de l’hippocampe vers l’intérieur sont étroitement liées à la fois à la dégénérescence axonale et à l’astrogliose.
Lien entre les déformations de la surface de l'hippocampe et le rapport Ab42/Ab40 plasmatique ainsi que les biomarqueurs du FDG
Lien entre les déformations de la surface de l'hippocampe,le rapport Aβ42/Aβ40plasmatiqueet les biomarqueurs de la TEP au FDG
Association entre les déformations de la surface de l'hippocampe et le rapport Aβ42/Aβ40 plasmatique ainsi que les biomarqueurs de la TEP au FDG. La TEP au FDG est dérivée d’une méta-région d’intérêt (metaROI) qui inclut les cortex temporal latéral, pariétal et pariétal médial (cingulaire postérieur). Pour les deux biomarqueurs, une association statistiquement significative a été observée uniquement chez les sujets atteints de troubles cognitifs légers (MCI).
Un modèle linéaire transversal a été ajusté aux données de déformation de la surface de l’hippocampe chez les sujets CN et MCI au début de l’étude afin d’évaluer son association avec le rapport plasmatique Aβ42/Aβ40 et les biomarqueurs de la TEP au FDG. L’ensemble des covariables comprenait l’âge, le sexe et le génotype APOEε4.
Après correction pour les comparaisons multiples, les déformations locales de la forme dans plusieurs régions de l’hippocampe se sont révélées statistiquement significatives en association avec le rapport plasmatique Aβ42/Aβ40 et la TEP au FDG chez les sujets atteints de MCI uniquement. Le signe positif de ces associations significatives signifie que l’augmentation de l’intensité des déformations vers l’intérieur dans certaines régions de l’hippocampe est corrélée à la diminution à la fois du rapport plasmatique Aβ42/Aβ40 et des niveaux de SUVR à la TEP au FDG. En d’autres termes, les déformations de la surface de l’hippocampe vers l’intérieur observées dans la MCI sont liées à la fois à l’accumulation de plaques Aβ et à l’hypométabolisme cérébral du glucose.
Précision des prévisions du SUVR de la TEP à la protéine Tau
Précision des prévisions du SUVR de la TEP à la protéine Tau
Forte corrélation entre la valeur SUVR observée par TEP pour la protéine tau dans l'hippocampe et le cortex entorhinal, et la valeur SUVR prédite à partir des cartes de déformation de la surface de l'hippocampe.
Une analyse par validation croisée « leave-one-out » a permis de déterminer un nombre optimal de 220 composantes de l’analyse des moindres carrés partiels (PLS), avec une valeur du coefficient de corrélation au carré validé par croix (Q2) de 0,74 pour la prédiction du SUVR de la Tau par TEP dans l’hippocampe lui-même, et de 200 composantes PLS (Q2 = 0,81) pour la prédiction du SUVR de la Tau par TEP dans le cortex entorhinal. Dans les deux cas, les valeurs prédites du SUVR de la Tau par TEP présentent une forte corrélation avec les valeurs observées.
Analyse longitudinale de plusieurs déformations de surface
Analyse longitudinale de plusieurs déformations de surface
Représentation spatiale des variations statistiquement significatives des déformations de l'amygdale, du noyau caudé, du putamen et du thalamus chez les sujets atteints de troubles cognitifs légers (MCI), 24 mois après la visite initiale.
Très peu, voire aucun groupe statistiquement significatif n’a été détecté pour les effets longitudinaux des déformations de surface de l’amygdale et du putamen à 24 mois dans le groupe MCI. En revanche, le noyau caudé et le thalamus ont révélé d’importants groupes de changements statistiquement significatifs au niveau de la déformation. Dans le cas du noyau caudé, les changements de déformation se sont produits aussi bien avec des signes positifs que négatifs, ce qui constitue un exemple typique de déformations locales se produisant à la fois vers l’intérieur et vers l’extérieur le long de la normale à la surface, révélant ainsi des changements morphologiques subtils qui n’affectent probablement pas le volume global de la structure anatomique.
Association entre les déformations de la surface de l'amygdale et le SUVR de la protéine tau en TEP
Association entre les déformations de la surface de l'amygdale et le SUVR de la protéine tau en TEP
Association entre les déformations de la surface de l'amygdale et la valeur SUVR de la TEP au tau, tant au niveau du cortex entorhinal que de l'amygdale elle-même. L'association statistiquement significative entre les déformations locales et la valeur SUVR de la TEP au tau dans ces deux régions ne concernait que le groupe MCI.
Un modèle linéaire transversal a été ajusté aux données de déformation de la surface de l’amygdale chez les sujets CN et MCI au début de l’étude afin d’évaluer son association avec le SUVR de la TEP au tau, tant dans le cortex entorhinal que dans l’amygdale elle-même. L’ensemble des covariables comprenait l’âge, le sexe et le génotype APOEε4.
Après correction pour les comparaisons multiples, les déformations locales de la forme dans plusieurs régions de l’amygdale se sont révélées statistiquement significatives en association avec la valeur SUVR de la TEP au tau dans les deux régions, mais uniquement pour le groupe MCI. Cependant, cette association semble être plus forte et s’étendre sur une zone plus étendue dans le cas du tau au sein de l’amygdale elle-même.
Association entre les déformations de la surface de l'amygdale et les biomarqueurs ptau181 dans le LCR et GFAP dans le plasma
Association entre les déformations de la surface de l'amygdale et les biomarqueurs pTau181 dans le LCR et GFAP dans le plasma
Association entre les déformations de la surface de l'amygdale et les taux de pTau181 dans le LCR et de GFAP dans le plasma. C'est dans le groupe MCI que l'association entre les déformations locales et ces deux biomarqueurs liquides s'est avérée la plus forte.
Un modèle linéaire transversal a été ajusté aux données de déformation de la surface de l’amygdale chez les sujets CN et MCI au début de l’étude afin d’évaluer son association avec les biomarqueurs pTau181 dans le LCR et GFAP dans le plasma. L’ensemble des covariables comprenait l’âge, le sexe et le génotype APOEε4.
Après correction pour les comparaisons multiples, les déformations locales de la forme dans plusieurs régions de l’amygdale présentaient une association statistiquement significative à la fois avec la pTau181 dans le LCR et la GFAP plasmatique, bien que l’intensité et l’étendue spatiale de cette association aient semblé plus élevées chez les sujets atteints de MCI. Cependant, chez les sujets atteints de MCI, les déformations de la surface de l’amygdale étaient plus fortement corrélées à la pTau181 dans le LCR qu’à la GFAP plasmatique, révélant une implication plus importante de l’amygdale dans l’accumulation de plaques d’Aβ que dans l’astrogliose.
Association entre le volume de l'amygdale et les taux de ptau181 dans le LCR et de GFAP dans le plasma
Association entre le volume de l'amygdale et les taux de pTau181 dans le LCR et de GFAP dans le plasma
Association entre le volume de l'amygdale et les taux de pTau181 dans le LCR et de GFAP dans le plasma. On observe une corrélation modérée entre le volume de l'hippocampe et ces deux biomarqueurs liquides chez les sujets atteints de MCI, mais aucune corrélation significative chez les sujets CN.
Une analyse de corrélation de Pearson a été réalisée entre le volume de l’amygdale et les concentrations de pTau181 dans le LCR ainsi que de GFAP dans le plasma, chez les sujets CN et MCI.
Chez les sujets atteints de MCI, nous avons observé une corrélation modérée entre le volume de l’amygdale et chacun des deux biomarqueurs liquides. En revanche, aucune corrélation significative n’a été mise en évidence chez les sujets cognitivement normaux. Par rapport à nos données présentées sur la diapositive précédente, ce résultat montre que les déformations de la surface de l’amygdale pourraient être un indicateur plus sensible que le volume pour mettre en évidence des associations entre la forme de l’hippocampe et la concentration de pTau181 dans le LCR ainsi que celle de GFAP dans le plasma, tant chez les sujets cognitivement normaux que chez ceux atteints de MCI.
Résumé
Résumé
Nous avons étudié la faisabilité d’utiliser les déformations locales à la surface des structures sous-corticales (c’est-à-dire « l’analyse de forme ») comme biomarqueur alternatif aux mesures volumétriques traditionnelles pour le diagnostic et le suivi de l’évolution de la maladie d’Alzheimer.
Nos principales conclusions :
Les déformations locales de la forme des structures sous-corticales, telles que l’hippocampe, constituent un biomarqueur sensible permettant de suivre la progression de l’atrophie dans le trouble cognitif léger (MCI).
Les déformations de surface de l’hippocampe et de l’amygdale présentent une forte corrélation avec d’autres biomarqueurs d’imagerie et liquidiens de la maladie d’Alzheimer.
Les déformations de surface de l’hippocampe peuvent servir de prédicteurs précis du SUVR de la protéine Tau en TEP chez des sujets cognitivement normaux et atteints de MCI.
En identifiant avec précision les régions sous-corticales présentant des changements morphologiques significatifs, notre approche améliore notre capacité à suivre la progression de la maladie et à évaluer les interventions thérapeutiques. Nos modèles prédictifs nous permettront d’utiliser les données anatomiques d’IRM pondérées en T1 comme substitut du SUVR de la protéine Tau en TEP pour la sélection des patients éligibles aux essais cliniques portant sur des traitements modificateurs de la maladie.
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Sources des données
Les données utilisées pour la rédaction de cet article proviennent de la base de données ADNI (http://adni.loni.usc.edu). L'ADNI a été lancé en 2003 par l'Institut national sur le vieillissement (NIA), l'Institut national d'imagerie biomédicale et de bioingénierie (NIBIB), la Food and Drug Administration (FDA), des laboratoires pharmaceutiques privés et des organisations à but non lucratif, sous la forme d’un partenariat public-privé de 60 millions de dollars sur cinq ans, qui a depuis été prolongé. L’ADNI est le fruit des efforts de nombreux co-chercheurs issus d’un large éventail d’institutions universitaires et d’entreprises privées, et les participants ont été recrutés sur plus de 55 sites aux États-Unis et au Canada. À ce jour, les protocoles ADNI, AND-GO, ADNI-2, ADNI-3 et ADNI-4 ont recruté plus de 2 500 adultes, âgés de 55 à 90 ans, pour participer à la recherche. Il s’agit de personnes âgées sans troubles cognitifs (CN), de personnes présentant un trouble cognitif léger (MCI) précoce ou avancé, et de personnes atteintes de démence due à la maladie d’Alzheimer. Pour obtenir des informations actualisées, consultez le sitewww.adni-info.org.
Mots-clés
Rapport Aβ42/Aβ40 : rapport biomarqueur utilisé pour évaluer la pathologie amyloïde et le risque de maladie d’Alzheimer.
Maladie d'Alzheimer (MA) : maladie neurodégénérative caractérisée par un déclin cognitif, une atrophie de l'hippocampe et une pathologie amyloïde-β et tau.
Biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer : indicateurs biologiques ou d’imageriemesurables qui permettent de détecter, de suivre ou de prédire la maladie d’Alzheimer et son évolution.
Atrophie : réduction de la taille ou du volume d’un tissu, souvent causée par une perte ou une dégénérescence cellulaire.
Biomarqueur : indicateur mesurable d’un état ou d’une condition biologique. Les biomarqueurs sont souvent utilisés en médecine et en recherche pour détecter ou surveiller la présence, la progression ou la gravité d’une maladie, ainsi que pour évaluer l’efficacité d’un traitement.
FDG : marqueur d’imagerie TEP du métabolisme du glucose dans le cerveau, souvent utilisé comme indicateur de l’activité neuronale ou d’un hypométabolisme.
GFAP : protéine acide fibrillairegliale , un biomarqueur associé à l’activation des astrocytes et à la neuroinflammation.
Déficience cognitive légère (MCI) : état de déclin cognitif précoce pouvant précéder la maladie d’Alzheimer, alors que les fonctions quotidiennes restent intactes.
Biomarqueurs issus de l’IRM : indicateursquantitatifs dérivés d’examens d’IRM qui fournissent des preuves de modifications structurelles du cerveau liées à la maladie.
NfL : chaîne légèredes neurofilaments , un biomarqueur de lésions axonales et de neurodégénérescence.
pTau181 : biomarqueur de la protéine tau phosphorylée associé à la pathologie de la maladie d’Alzheimer, mesurable dans le LCR ou le plasma.
Morphologie de surface : marqueurs dérivés de la forme et de la structure de surface locale des régions cérébrales, utilisés pour détecter des changements anatomiques subtils qui peuvent ne pas apparaître dans les mesures de volume standard.
Déformation de surface sous-corticale : méthode d’ analyse de la forme qui quantifie les modifications locales vers l’intérieur ou vers l’extérieur à la surface des structures cérébrales sous-corticales, telles que l’hippocampe, l’amygdale, le thalamus, le noyau caudé et le putamen.
SUVR de la protéine tau en TEP : mesure quantitative d’imagerie par TEP utilisée pour estimer l’accumulation de la protéine tau dans des régions cérébrales spécifiques, mesurée à l’aide du rapport de valeur d’absorption standardisé (SUVR).
Prédiction TEP de la protéine tau : estimation des schémas d’accumulation de la protéine tau à l’aide de modèles computationnels basés sur l’IRM ou d’autres biomarqueurs.
Contenu associé
Des informations actualisées sur les meilleures pratiques relatives à l'utilisation de la neuroimagerie dans les essais cliniques portant sur les maladies neurologiques.
Évolution longitudinale de la TEP Tau dans la MCI et la maladie d'Alzheimer
Vue d'ensemble de l'histoire naturelle de l'évolution de l'absorption et de la fixation du traceur de la TEP Tau dans les troubles cognitifs légers (MCI) et la maladie d'Alzheimer (AD).
Biomarqueurs de surface des structures souscorticales dans la MP
Les déformations locales des structures souscorticales sont un biomarqueur sensible qui suit la progression de la MP, et peut prédire la densité de DaT.
L'atrophie liée à la protéine Tau est indépendante de la β-amyloïde et de l'APOE ε4
En utilisant les biomarqueurs d'imagerie IRM, Tau PET et Amyloid PET de l'étude ADNI, nous montrons que la protéine Tau est plus fortement liée à l'atrophie cérébrale que la β-amyloïde ou l'APOE ε4.