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신경 영상 검사 결절성 경화증 복합체(TSC)의 바이오마커

뇌 구조적 MRI와 확산 가중 영상 바이오마커를 이용한 TSC 임상 시험에서 질병 조절 치료제의 효능을 모니터링하는 개요.

마지막 업데이트: 2025년 1월 20일
저자: Jean-Philippe Coutu, Ph.D. and Barry J. Bedell, M.D., Ph.D.

왜 TSC 임상 시험에 신경 영상 기술을 사용해야 할까요?

결절성 경화증 복합체(Tuberous sclerosis complex, TSC)는 다중 시스템 유전 질환으로, 뇌, 피부, 심장, 폐, 신장에 종양이 생기는 것이 특징이며, TSC1 및 TSC2 종양 억제 유전자의 기능 상실 돌연변이에 의해 발생합니다. 전 세계적으로 최대 2백만 명의 사람들에게 영향을 미치며, 출생 6,000~10,000명당 1건의 발병률을 보이며, 최대 3분의 2의 사례가 돌연변이(de novo mutation)를 가지고 있습니다 (Henske, 2016 ).

TSC는 태아기에 발현이 시작되는 평생 지속되는 질병으로, 90-95% 이상의 사례에서 중추신경계(CNS)가 관련되어 있습니다 (Curatolo, 2015 ; Russo, 2020 ). 가장 초기에 나타나는 증상은 중추신경계에서 나타나며, 태아 뇌에 부뇌하 결절(SEN)과 피질 결절이 나타납니다 (Russo, 2020 ). 뇌하수체 주변 결절은 시간이 지남에 따라 뇌하수체 주변 거대 세포성상세포종(SEGA)으로 발전할 수 있으며, 뇌의 심실 시스템에서 생명을 위협하는 폐쇄성 방식으로 성장할 가능성이 있습니다. 또한, 결절에서 피질하 백질로 확장되는 백질 병변도 존재합니다.

이러한 해부학적 변화는 간질, 자폐 스펙트럼 장애(ASD), 지적 장애, 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD), 불안 및 우울 장애를 비롯한 다양한 TSC 관련 신경정신과적 장애(TAND)로 이어집니다. 간질은 생후 첫해에 시작되는 경우가 많으며, 3분의 2의 경우 의학적으로 난치성(즉, 치료가 어렵거나 치료할 수 없는 상태)으로 남아 있습니다 (Henske, 2016 ). 반면, ASD는 5세에 나타납니다 (Peters, 2013 ). 삶의 많은 인지적 측면이 영향을 받는데, 행동 수준(공격성, 불안, 과잉행동, 주의력 결핍)에서 시작하여 지적 및 학업 수준에서 어려움을 겪게 되고, 평생 동안 심리사회적(자존감, 부모의 스트레스, 관계의 어려움) 및 신경심리학적(이중 작업, 주의 전환, 기억) 장애가 뒤따릅니다 (Curatolo, 2015 ).

TSC 증상

결절성 경화증 복합체(Tuberous sclerosis complex, TSC)는 태아 발달 초기에 나타나는 전신성 장애로, 피부, 심장, 폐, 신장에도 영향을 미치지만, 출생부터 성인이 될 때까지 상당한 신경학적 질병 부담을 안고 계속해서 발현됩니다. 다양한 신경학적 특징 또는 질병 증상의 발생률은 위의 그림에 나와 있습니다.

많은 장기가 이 질병의 영향을 받지만, 신경학적 증상이 가장 빈번한 질병의 원인이자 가장 흔한 사망 원인 중 하나로 간주됩니다 (Russo, 2020 ). 이 자료의 초점은 바로 이 신경학적 증상입니다. 따라서 신경 영상은 진단뿐만 아니라 질병의 모니터링과 관리에도 필수적인 것으로 간주됩니다. 특히, 자기공명영상(MRI)은 TSC 환자의 신경학적 관련성을 확인하고 확인하며 시간 경과에 따른 변화를 추적하는 기준 방법으로 널리 인정받고 있습니다.

TSC의 종적 변화를 평가하는 데 사용할 수 있는 MRI 바이오마커는 무엇입니까?

대뇌피질의 수와 부피: No
TSC는
사후에 부검을 통해 처음 발견된 두껍고 단단한 회로(gyri)인 대뇌피질의 이름에서 유래되었습니다 (Henske, 2016 ). 이 병은 뇌피질의 6개 층의 조직이 파괴된 신경교성 비암성 덩어리이며, 때로는 대뇌피질의 회로에서 피질하 백질로 확장되기도 합니다 (Russo, 2020 ). 이들은 TSC에서 간질의 주요 원인으로 여겨지며, 그 수와 공간 분포는 증상의 심각성과 관련이 있습니다. 대뇌 피질의 어느 곳에서나 발견될 수 있지만, 일반적으로 전두엽과 정수리엽에 존재하며, 또한 하부뇌실에도 존재할 수 있습니다 (Martí-Bonmatí, 2000 ).

피질 결절의 T2 가중 FLAIR

FLAIR(fluid attenuation with contrast-enhanced imaging) T2 가중 영상에서 볼 수 있는 피질 결절(흰색 화살표)과 방사상 이동선(빨간색 화살표)의 예. Cohen et al.(Cohen, 2021 )의 그림을 크리에이티브 커먼즈 저작자표시 라이선스에 따라 복제 및 수정함.

MRI에서는 일반적으로 T1 가중 영상(T1W)과 T2 가중 영상(T2W)으로 검사하며, 경우에 따라서는 유체 감쇠 영상(FLAIR)을 사용하기도 합니다. 대비는 뇌 발달 상태에 따라 달라지며, 영아의 경우 T1W에서는 고강도로, T2W에서는 저강도로 처음 나타납니다 (Russo, 2020 ). 그 후, 수초 성숙 후에 대비가 반전되고, 나이 증가와 신경 퇴행성 질환에서 관찰되는 백질 병변과 매우 유사하게, 괴경이 주로 T2W에서 고강도로 나타납니다. 모든 경우에, 영향을 받은 회선이 두꺼워지고, 신호 강도 기울기로 대체되는 회색과 백질 사이의 선명한 대비가 사라집니다.

다양한 종류의 괴경이 기술되어 있습니다 (Gallagher, 2010 ; El-Beheiry, 2018 ):

  • 유형 A: T2W에서 매우 강하게, T1W에서 동일하게 강하게
  • 유형 B: T2W에서는 고강도, T1W에서는 저강도
  • 유형 C: T2W에서 고강도, T1W에서 저강도, FLAIR에서 이질적이며, 고강도 테두리("낭종형")로 둘러싸인 저강도 중심 신호
  • 유형 D: 민감도 가중 영상(SWI)에서 피어나는 유형 C와 유사

후자의 유형의 괴경의 수와 부피가 증가함에 따라 질병의 심각성과 관련 신경 장애의 심각성도 증가한다는 사실이 밝혀졌습니다. 예를 들어, 큰 괴경은 일반적으로 간질 발작과 관련이 있습니다. 태아 발달 이후에는 시간이 지나도 크기가 안정적이라고 설명되어 있지만 (Russo, 2020 ), 종단 연구에 따르면 환자의 절반이 시간이 지남에 따라 괴경이 변하는 것으로 나타났습니다 (Vaughn, 2013 ; Daghistani, 2015 ). 한 사례 연구에 따르면, 낭종과 유사한 병변(위에서 유형 C로 언급)이 실제로 그 수와 크기가 증가할 수 있다고 합니다(Chu-Shore, 2009 ). 대비의 변화로 인해 새로운 결절이 나타난 것처럼 보일 수도 있고, 정상적인 뇌 발달에 비례하여 성장할 수도 있습니다 (Russo, 2020 ). 또한 석회화로 인해 시간이 지남에 따라 변화하는 것처럼 보일 수도 있습니다 (Vaughn, 2013 ). 시간의 경과에 따라 괴경의 개수나 부피가 변한다는(정상적인 발달에 비례하는 것을 넘어서는) 증거가 널리 퍼져 있지 않고, 치료로 인해 변할 수도 있다는(새로운 피질 조직이 성장하지 않는 한) 증거가 없기 때문에, 괴경의 개수와 부피는 종단적 변화를 추적하는 데 좋은 바이오마커가 아닐 수 있지만, 질병의 신경학적 증상의 심각성을 나타내는 좋은 영상 바이오마커로 남아 있습니다.

SEN(Subependymal Nodules)의 수: 없음
SEN
은 뇌의 심실 시스템의 뇌실 내벽에서 발생하는 직경 1cm 미만의 양성 조직 성장입니다. 이들은 종종 석회화됩니다 (Russo, 2020 ). 그 결과, 컴퓨터 단층 촬영(CT)과 T2*-가중 영상과 같은 감수성 가중 MRI에서 쉽게 감지할 수 있습니다. 또한 T1W와 때로는 T2W에서도 매우 강하게 나타납니다. 여러 개가 있는 경향이 있으며, 일반적으로 꼬리핵과 시상 근처에 위치하지만, 제3, 제4 뇌실 근처에도 있을 수 있습니다.

대뇌 피질의 결절과 마찬가지로, SEN의 수는 일반적으로 태아 발달 이후 시간이 지나도 안정적이며, 석회화와 관련된 변화만 나타납니다 (Curatolo, 2015 ). 따라서 종단적 바이오마커로 유용하지 않을 수 있습니다. 그러나 SEN이 SEGA로 성장할 수 있다고 믿기 때문에, 다음에 설명하는 바와 같이 SEN의 모니터링이 중요합니다.

컴퓨터 단층 촬영 등급 1 부수종양

TSC 환자에서 관찰되는 SEGA(subependymal giant cell astrocytomas)와 유사한 WHO 등급 1 부뇌하수종(흰색 화살표)의 예로, 석회화(화살촉)가 있는 컴퓨터 단층 촬영(A), T2W(B), T1W(C), 조영 증강 후(D)를 보여줍니다. 조기에 발견되지 않으면, 몬로공(foramen of Monroe)의 막힘으로 인해 폐쇄성 뇌수종(검은색 화살표)으로 이어질 수 있습니다. 그림은 크리에이티브 커먼즈 저작자표시 라이선스 하에 Mu et al.(Mu, 2023) 에서 복제되었습니다.

SEGA(Subependymal Giant Cell Astrocytomas)의 수와 양: 예
SEGA는 TSC 환자의 10-15%에서 발생하는 WHO 등급 1 양성 신경교종으로, 일반적으로 SEN에서 발생한다고 여겨집니다 (Northrup, 2013 ; Roth, 2013 ; Henske, 2016 ). 일반적으로 천천히 성장하지만, 모니터링하지 않으면 심실 시스템의 방해(폐쇄성 뇌수종)로 이어질 수 있기 때문에 생명을 위협할 수 있습니다. SEN은 거의 독점적으로 몬로공(foramen of Monro)에 인접한 꼬리-시상 홈(caudothalamic groove)에서 관찰되기 때문에, 비정형 SEGA 위치가 보고되었지만 (Russo, 2020 ), 다른 위치에 있는 SEN은 일반적으로 안전합니다. 표준 치료법은 2012년 합의 지침 (Roth, 2013 )에 따라 일반적으로 25세까지 1-3년마다 SEGA의 발생 여부를 모니터링하기 위한 일상적인 신경 영상 검사를 처방합니다. 25세라는 제한 연령은 새로운 SEGA가 이 나이 이후에는 거의 발생하지 않기 때문에 선택되었습니다. 기존 SEGA는 계속 성장할 수 있지만, 후속 스캔 빈도는 기존 병변의 안정성에 따라 조정해야 합니다.

MRI에서 보이는 모습으로 볼 때, SEGA는 심실 시스템 안에 거의 완전히 포함되어 있는 잘 정의된 덩어리이지만, 예외가 있을 수 있습니다 (Roth, 2013 ). 그들의 T1W와 T2W 대비는 뇌 실질 조직과 유사하지만, 외관상 이질적입니다 (Russo, 2020 ). 반복적인 조영제 사용은 권장되지 않지만, 강한 대비 강화 효과를 보여줍니다. SEGA의 성장 특성으로 인해, 그 수와 부피 모두 TSC의 종적 변화에 대한 관련 바이오마커 역할을 합니다.

백질 이상: 예
백질 병변은 방사형 이동선(RML)에서 보다 미묘하고 확산된 백질 이상 (Curatolo, 2015 ; Russo, 2020 )에 이르기까지 거의 모든 TSC 환자에서 관찰됩니다. 앞서 언급한 거시적 영상 특징이 모든 TAND 증상을 설명하지 못한다는 인식이 커지고 있으며, 백질 이상은 질병의 신경학적 증상의 일부와 관련이 있을 수 있습니다.

RML은 MRI 검사에서 뇌실 주위 영역에서 피질하 백질로 방사되는 가시적인 선으로, 때로는 피질 결핵에 연결되거나 백질에서 갑자기 끝나는 경우가 있는데, 이는 신경 세포 이동 장애의 결과로 생각됩니다 (Russo, 2020 ). 피질 결핵과 유사하게, RML은 유아의 경우 T1W에서 처음에는 약한 고강도로 나타나다가, 수초화 후 T2W에서 고강도로 나타납니다. 기능적 MRI(fMRI)와 확산 MRI와 같은 첨단 MRI 기법을 통해 좀 더 미묘한 백질 이상 현상이 연구되어 왔으며, 이는 정상적으로 보이는 백질에 광범위한 변화가 있음을 시사합니다 (Russo, 2020 ). 이러한 변화는 5세까지 점진적으로 발생하며, 신경정신과적 장애의 발병 시기와 동시에 발생하므로, 잠재적으로 중요한 개입 기간 동안에 유용한 종단적 바이오마커가 될 수 있습니다 (Peters, 2015 ). 이러한 백질 변화는 확산 MRI로 가장 잘 측정되며, 다음 섹션에서 자세히 설명합니다.

확산 가중치 영상(DWI)이 TSC 연구에서 바이오마커로 유용합니까?

확산 가중 영상, 또는 확산 MRI는 뇌 실질의 미세구조 변화를 조사하는 데 자주 사용됩니다. 일반적으로 백질에서 사용되는데, 이는 미엘린이 지질이고 미엘린 외피를 가로질러 방향성 확산성을 감소시키기 때문에, 미엘린화 및 백질 섬유의 완전성에 대한 차이점과 변화를 포착할 수 있기 때문입니다. 분명한 확산 계수(ADC) 지도는 임상 환경에서 일반적으로 사용되지만, 확산 텐서 영상(DTI) 모델 (Le Bihan, 2001 )은 임상 시험 및 연구 환경에서 일반적으로 사용됩니다. 이 모델은 특히 분수 이방성(FA)뿐만 아니라 축 및 방사상 확산성(가장 높은 확산성 방향, 일반적으로 백질 섬유 다발의 방향에 상대적)과 같은 측정 기준을 사용하여 방향성 효과를 잘 포착할 수 있기 때문입니다. 참고로, 높은 FA는 일반적으로 더 단단하고, 더 미엘린화되어 있고, 조직화되어 있고, 일관된 백색질을 반영하기 때문에 더 건강한 백색질을 나타냅니다. 반면, 높은 평균 확산도(MD)는 일반적으로 경계가 덜 일관되고, 누수 현상이 더 많이 발생하고, 손상된 백색질을 반영하며, 성상교세포증이 존재할 수 있는 곳을 나타냅니다. 신경돌기 방향 분산 및 밀도 영상(NODDI) 모델 (Zhang, 2012 )과 같은 더 발전된 확산 MRI 모델이 존재하지만, 일반적으로 다기관 임상 시험에서 어려울 수 있는 더 발전된 수집 체계가 필요합니다.

확산 텐서

다양한 미세 구조에서 확산 텐서의 예시, 결과 텐서에 대한 이방성 물 성분(타원체 파란색 점으로 표시됨)의 영향을 강조. 각 시나리오에는 평균 확산도(MD)와 부분 이방성(FA)의 표현이 포함됩니다. 그림은 Colman et al.(Colman, 2022) Creative Commons Attribution License에 따라 사용되었습니다.

DTI 연구에 따르면, TSC 환자의 피질 결절 주변에는 기존의 MRI로 볼 수 있는 것보다 더 큰 영역이 영향을 받는 것으로 나타났습니다 (Peters, 2013 ). 이 주변부 영역은 결절 내부에서 가장 낮은 FA와 가장 높은 MD 값에서 TSC 환자의 정상으로 보이는 백질(NAWM)에서 대조군의 백질과 비슷한 값으로 그라데이션을 형성하는 것으로 보입니다 (Peters, 2015 ). 주변부 DTI 지표의 그라데이션은 Luxol fast blue로 평가한 미엘린의 조직 병리학과 잘 연관되어 있는 것으로 나타났습니다 (Peters, 2019). NAWM에 비해 괴경의 낮은 FA와 높은 MD는 괴경의 무질서한 세포 조직과 구조와 일치하며, 괴경 유형/심각도에 따라 NAWM과의 차이도 증가하는데, 그 중에서도 유형 C 괴경에서 가장 두드러집니다 (Gallagher, 2010 ; El-Beheiry, 2018 ). 세 가지 영역(결핵, 결핵 주변, NAWM) 모두 5세까지 FA가 크게 증가하고 MD가 감소하는 것을 보여줍니다. 그 이후에는 건강한 어린이의 백질 성숙 변화와 유사한 느린 변화율이 관찰됩니다 (Peters, 2015 ). 결핵과 결핵 주변 영역의 FA와 MD는 정상 수준에 도달하지 못하며, 이는 결핵 주변 영역에 개입할 수 있는 잠재적 창구를 나타낼 수 있습니다.

결절이나 결절 주변 부위에 영향을 미치지 않더라도, TSC 환자의 NAWM에서도 DTI 지표의 이상이 발견되었습니다. 또한, 연령이 비슷한 대조군보다 뇌량과 그 돌출부에서 FA가 현저히 낮고, 평균 및 방사상 확산도가 더 높은 것으로 나타났으며, DTI 측정값도 결핵 부피와 상관관계가 있는 것으로 나타났 습니다(Makki, 2007 ; Simao, 2010 ; Peters, 2012 ). 특히, 자폐 스펙트럼 장애(ASD)를 동반한 TSC 환자는 다른 TSC 환자보다 FA가 현저히 낮았습니다 (Peters, 2012 ). 이후의 연구에서도 비슷한 결과가 나왔고, TSC와 ASD, 지적 장애, 간질이 동시에 발생하는 경우, 각각의 발병률이 추가적으로 낮아지는 방식으로 관련이 있다는 사실이 밝혀졌습니다 (Baumer, 2018 ). tACERN 연구 그룹의 또 다른 연구에 따르면, TSC와 ASD를 가진 개인의 여러 백질 영역에서 시간이 지남에 따라 FA의 종단적 증가가 감소하는 것으로 나타났 습니다(Prohl, 2019 ). 그러나 같은 그룹의 후속 종단 연구에서는 유의미한 차이를 보이지 못했습니다 (Srivastava, 2024 ). 이러한 연구 결과는 DTI가 임상 시험에서 신경학적 부담과 아동기에 나타나는 관련 신경정신과적 장애와 상관관계가 있기 때문에 바이오마커로 유용할 수 있음을 시사합니다.

DTI 지표는 또한 FDA가 세가(SEGA)와 난치성 발작의 보조 치료제로 승인한 에버롤리무스(everolimus)로 치료받은 TSC 환자의 종단적 변화를 상당히 잘 감지할 수 있었습니다 (Tillema, 2012 ). 대뇌량과 다른 관심 영역에서 12-18개월의 치료 후, 대뇌 피질의 FA가 증가하고 MD가 감소하는 것이 관찰되었으나, 대조군에서는 이와 상응하는 변화가 관찰되지 않았습니다. 마찬가지로, 다른 연구 (Peters, 2019)에서는 치료 그룹의 뇌량에서 MD가 감소하는 반면, 대조 그룹에서는 변화가 없는 것으로 나타났습니다. 또한, 더 긴 치료 기간 동안, 특히 더 어린 하위 그룹(10세 미만)에서 MD의 감소와 FA의 증가가 더 크게 나타났는데, 이는 발작 빈도의 감소가 관찰된 다른 임상시험 (Franz, 2021 )과 매우 유사합니다. 간질성 괴경에서 다른 괴경보다 MD가 높고 FA가 낮은 것으로 관찰되었 으며(Peters, 2013 ), 동일한 치료로 DTI 지표와 발작 빈도 모두 개선이 관찰되었으며, 특히 치료 기간이 길고 연령이 낮을수록 개선이 두드러졌습니다. 이 데이터는 DTI 지표가 특히 조기 개입에 유용한 종단적 영상 바이오마커이며, 임상 시험에서 치료에 반응할 수 있다는 증거를 제공합니다.

저희 팀은 신경 영상 바이오마커에 대한 질문이나 다른 영상 서비스에 대한 구체적인 정보를 제공해 드릴 수 있어 기쁩니다.

자주 묻는 질문

TSC 연구에서 PET 영상 촬영의 역할은 무엇인가요?


TSC 임상 시험에서 가돌리늄 강화 요법을 고려해야 할까요?


TSC의 신경학적 증상에 대한 현재 치료 옵션은 무엇입니까?


치료 효과를 감지하기 위해 필요한 참가자 수는 몇 명입니까?


참고문헌


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