Myelin imaging and characterization by magnetic resonance imaging

280 p.Los axones neuronales están recubiertos de una membrana lipídica llamada mielina, que protege a los axones y posibilita una transmisión rápida y eficiente del impulso eléctrico. En ciertas patologías como la lesión cerebral traumática, la isquemia o principalmente, en la esclerosis múltiple, la pérdida de mielina o desmielinización da lugar a la muerte neuronal y por consiguiente a la pérdida de capacidades cognitivas. Este estado puede ser revertido por medio de la remielinización, en la que los oligodendrocitos mielinizantes del sistema nervioso central regeneran la vaina de mielina, evitando la degeneración de las neuronas. En los últimos años se ha realizado un esfuerzo considerable en el desarrollo de terapias remielinizantes. Para ello, es imprescindible el desarrollo de técnicas para la evaluación no-invasiva de estas terapias y una caracterización profunda de los procesos de desmielinización y remielinización. En este contexto, la imagen por resonancia magnética (IRM) juega un papel fundamental por su carácter no-invasivo, alta resolución y versatilidad.Los principales objetivos de esta tesis han sido el desarrollo de protocolos de IRM para la cuantificación de mielina y la caracterización de los procesos de remielinización y desmielinización a través de resonancia magnética funcional en reposo. Para ello se ha utilizado como base el modelo murinocuprizona, en la que la administración del tóxico da lugar a la desmielinización en el cerebro, seguido por la remielinización. Los datos y conclusiones obtenidas se han contrastado en otros modelos de ratón, como en modelos de Alzheimer o en ratones sanos envejecidos.A grandes rasgos, hemos podido concluir que la imagen ponderada en peso T2 es la más específica y sensible para la cuantificación de mielina en el modelo cuprizona. Por ello, en este trabajo se propone la utilización de la imagen ponderada en peso T2 para la evaluación de terapias remielinizantes en el modelo cuprizona. Sin embargo, el interés de realizar imagen multiparamétríca ha quedado al descubierto al realizar imagen de modelos de ratón de Alzheimer, pudiendo detectar patología no relacionada con pérdida de mielina en zonas de materia blanca.Así mismo, hemos podido comprobar como la desmielinización conlleva la pérdida de la conectividad y función cerebral y la remielinización posibilita la recuperación por medio de la resonancia magnética funcional en reposo. Además, el potencial agente remielinizante clemastina, ha demostrado su capacidad de promover la remielinización a nivel anatómico y funcional tras 2 semanas de tratamiento. Finalmente, se ha realizado un estudio para determinar el efecto del envejecimiento en la conectividad del cerebro. Hemos podido observar que en ratones sanos, se ha observado un incremento de la conectividad cerebral hasta el mes 8, seguido de un descenso hasta el mes 13, probablemente debido a la neurodegeneración.En este trabajo hemos contribuido al desarrollo de terapias remielinizantes, por un lado, desarrollando protocolos de imagen para la cuantificación de mielina en modelos animales y por otro lado, caracterizando la desmielinización y remielinización a nivel funcional y anatómico

Longitudinal evaluation of neuroinflammation and oxidative stress in a mouse model of Alzheimer disease using positron emission tomography

[EN] Background: Validation of new biomarkers of Alzheimer disease (AD) is crucial for the successful development and implementation of treatment strategies. Additional to traditional AT(N) biomarkers, neuroinflammation biomarkers, such as translocator protein (TSPO) and cystine/glutamine antiporter system (x(c)(-)), could be considered when assessing AD progression. Herein, we report the longitudinal investigation of [F-18]DPA-714 and [F-18]FSPG for their ability to detect TSPO and x(c)(-) biomarkers, respectively, in the 5xFAD mouse model for AD. Methods: Expression of TSPO and x(c)(-) system was assessed longitudinally (2-12 months of age) on 5xFAD mice and their respective controls by positron emission tomography (PET) imaging using radioligands [F-18]DPA-714 and [F-18]FSPG. In parallel, in the same mice, amyloid-beta plaque deposition was assessed with the amyloid PET radiotracer [F-18]florbetaben. In vivo findings were correlated to ex vivo immunofluorescence staining of TSPO and x(c)(-) in microglia/macrophages and astrocytes on brain slices. Physiological changes of the brain tissue were assessed by magnetic resonance imaging (MRI) in 12-month-old mice. Results: PET studies showed a significant increase in the uptake of [F-18]DPA-714 and [F-18]FSPG in the cortex, hippocampus, and thalamus in 5xFAD but not in WT mice over time. The results correlate with A beta plaque deposition. Ex vivo staining confirmed higher TSPO overexpression in both, microglia/macrophages and astrocytes, and overexpression of x(c)(-) in non-glial cells of 5xFAD mice. Additionally, the results show that A beta plaques were surrounded by microglia/macrophages overexpressing TSPO. MRI studies showed significant tissue shrinkage and microstructural alterations in 5xFAD mice compared to controls. Conclusions: TSPO and x(c)(-) overexpression can be assessed by [F-18]DPA-714 and [F-18]FSPG, respectively, and correlate with the level of A beta plaque deposition obtained with a PET amyloid tracer. These results position the two tracers as promising imaging tools for the evaluation of disease progression.J.L. and P.R. thank the Spanish Ministry of Science and Innovation MCIN/AEI/10.13039/501100011033 (PID2020-117656RB-100 and PID2020-118546RBI00, respectively) and the Interreg Atlantic Area Programme (EAPA_791/2018). Abraham Martin acknowledges funding from the Spanish Ministry of Education and Science (RYC-2017-22412, PID2019-107989RB-I00), the Basque Government (BIO18/IC/006), and Fundacio La Marato de TV3 (17/C/2017). Estibaliz Capetillo-Zarate acknowledges funding from the Basque Government (IT120319; ELKARTEK KK-2020/00034) and CIBERNED (CB06/0005/0076). The work was performed under the Maria de Maeztu Units of Excellence Programme -Grant MDM-2017-0720 funded by MCIN/AEI/10.13039/50110001103

Myelin imaging and characterization by magnetic resonance imaging

280 p.Los axones neuronales están recubiertos de una membrana lipídica llamada mielina, que protege a los axones y posibilita una transmisión rápida y eficiente del impulso eléctrico. En ciertas patologías como la lesión cerebral traumática, la isquemia o principalmente, en la esclerosis múltiple, la pérdida de mielina o desmielinización da lugar a la muerte neuronal y por consiguiente a la pérdida de capacidades cognitivas. Este estado puede ser revertido por medio de la remielinización, en la que los oligodendrocitos mielinizantes del sistema nervioso central regeneran la vaina de mielina, evitando la degeneración de las neuronas. En los últimos años se ha realizado un esfuerzo considerable en el desarrollo de terapias remielinizantes. Para ello, es imprescindible el desarrollo de técnicas para la evaluación no-invasiva de estas terapias y una caracterización profunda de los procesos de desmielinización y remielinización. En este contexto, la imagen por resonancia magnética (IRM) juega un papel fundamental por su carácter no-invasivo, alta resolución y versatilidad.Los principales objetivos de esta tesis han sido el desarrollo de protocolos de IRM para la cuantificación de mielina y la caracterización de los procesos de remielinización y desmielinización a través de resonancia magnética funcional en reposo. Para ello se ha utilizado como base el modelo murinocuprizona, en la que la administración del tóxico da lugar a la desmielinización en el cerebro, seguido por la remielinización. Los datos y conclusiones obtenidas se han contrastado en otros modelos de ratón, como en modelos de Alzheimer o en ratones sanos envejecidos.A grandes rasgos, hemos podido concluir que la imagen ponderada en peso T2 es la más específica y sensible para la cuantificación de mielina en el modelo cuprizona. Por ello, en este trabajo se propone la utilización de la imagen ponderada en peso T2 para la evaluación de terapias remielinizantes en el modelo cuprizona. Sin embargo, el interés de realizar imagen multiparamétríca ha quedado al descubierto al realizar imagen de modelos de ratón de Alzheimer, pudiendo detectar patología no relacionada con pérdida de mielina en zonas de materia blanca.Así mismo, hemos podido comprobar como la desmielinización conlleva la pérdida de la conectividad y función cerebral y la remielinización posibilita la recuperación por medio de la resonancia magnética funcional en reposo. Además, el potencial agente remielinizante clemastina, ha demostrado su capacidad de promover la remielinización a nivel anatómico y funcional tras 2 semanas de tratamiento. Finalmente, se ha realizado un estudio para determinar el efecto del envejecimiento en la conectividad del cerebro. Hemos podido observar que en ratones sanos, se ha observado un incremento de la conectividad cerebral hasta el mes 8, seguido de un descenso hasta el mes 13, probablemente debido a la neurodegeneración.En este trabajo hemos contribuido al desarrollo de terapias remielinizantes, por un lado, desarrollando protocolos de imagen para la cuantificación de mielina en modelos animales y por otro lado, caracterizando la desmielinización y remielinización a nivel funcional y anatómico