Analisi avanzate di Risonanza Magnetica in un'ampia coorte di pazienti affetti da Sclerosi Laterale Amiotrofica

INTRODUCTION: Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease in adults that affects both the upper motor neuron (UMN) and the lower motor neuron (LMN). Approximately 50% of people with ALS exhibit some degree of cognitive and/or behavioral impairment, with ALS coexisting with frontotemporal dementia (FTD) in 15% of cases. While LMN degeneration can be demonstrated through instrumental diagnostic tests, UMN degeneration can only be hypothesized through the patient's clinical picture as there is currently no method that reliably demonstrates it. OBJECTIVE: The aim of this thesis is to evaluate whether Diffusion Tensor Imaging (DTI) could be a valid MRI method capable of detecting UMN damage in ALS patients. MATERIALS AND METHODS: This study included a cohort of 365 patients and 16 controls evaluated at the Regional Expert Center for ALS (CRESLA) in Turin (AOU Città della Salute e della Scienza di Torino) and underwent brain MRI at the Neuro Radiology Department of CTO Hospital in Turin, from 2014 to 2018. The current study was conducted in collaboration with the Neuroimaging Research Unit of Neurodegenerative Diseases at IRCCS San Raffaele Hospital in Milan, which handled the processing of DTI images to create tractography images and subsequent data extraction. The cases were then phenotyped and compared with the controls. Subsequently, the cases were classified based on the presence or absence of cognitive and/or behavioral impairment, and a comparison was made between patients with exclusive motor impairment and those with signs of cognitive impairment. RESULTS: The study demonstrated a reduction in fractional anisotropy (FA), a value obtained from DTI, along the corticospinal tracts bilaterally in patients with ALS compared to controls, with a greater reduction in one of the two tracts in patients with lateral onset. It also showed a greater reduction in FA in patients with spinal pyramidal onset compared to those with spinal pseudopolyneuritic onset. Additionally, it demonstrated a reduction in FA at the corpus callosum in some groups of patients, likely indicating interhemispheric involvement by the disease. Finally, it demonstrated a reduction in FA along the anterior cingulum, the uncinate fasciculus, the superior longitudinal fasciculus, and the inferior longitudinal fasciculus in patients with FTD and in forms of ALS associated with cognitive and/or behavioral decline. CONCLUSIONS: This study highlighted the sensitivity of FA as a marker of upper motor neuron damage in patients with ALS and of damage at the level of extramotor circuits involved in cognitive decline processes in motor neuron disease.

INTRODUZIONE: La Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) è una patologia neurodegenerativa dell’adulto che colpisce il primo (UMN) e il secondo motoneurone (LMN). Circa il 50% delle persone affette da SLA presentano un certo grado di compromissione cognitiva e/o comportamentale, fino alla coesistenza nel 15% dei casi di SLA e demenza frontotemporale (FTD). Mentre la degenerazione del LMN può essere dimostrata attraverso esami di diagnostica strumentale, la degenerazione dell’UMN può essere ipotizzata solo attraverso il quadro clinico del paziente poiché ad oggi non esiste una metodica in grado di dimostrarla in modo affidabile. OBIETTIVO: Lo scopo di questa tesi è di valutare se la Diffusion Tensor Imaging (DTI) possa essere una valida metodica di risonanza magnetica in grado di rilevare il danno al livello degli UMN in pazienti affetti da SLA. MATERIALI E METODI: Oggetto di questo studio è stata una casistica di 365 pazienti e 16 controlli valutati presso il Centro Regionale Esperto per la SLA (CRESLA) di Torino (AOU Città della Salute e della Scienza di Torino) e sottoposti a risonanza magnetica dell’encefalo presso la Neuro Radiologia dell’Ospedale CTO di Torino, nel periodo 2014 -2018. Lo studio attuale è stato svolto in collaborazione con l’unità di ricerca Neuroimaging delle malattie neurodegenerative dell'IRCCS Ospedale San Raffaele di Milano, che si è occupato dell’elaborazione delle immagini in DTI per la creazione delle immagini di trattografia e della successiva estrazione dei dati. I casi sono stati poi fenotipizzati e sono stati confrontati con i controlli. Successivamente, i casi sono stati classificati in base alla presenza o meno di deficit cognitivo e/o comportamentale ed è stato effettuato un confronto tra pazienti con esclusivo deficit motorio e pazienti con segni di compromissione cognitiva. RISULTATI: Lo studio ha dimostrato una riduzione dell’anisotropia frazionaria (FA), valore ottenuto dalla DTI, lungo i tratti corticospinali bilateralmente nei pazienti affetti da SLA rispetto ai controlli, con una riduzione maggiore di uno dei due tratti in pazienti con esordio di lato. Ha anche dimostrato una riduzione di FA maggiore nei pazienti con tipo di esordio spinale piramidale rispetto a quelli con tipo di esordio spinale pseudopolinevritico. Ha dimostrato inoltre, una riduzione di FA a livello del corpo calloso in alcuni gruppi di pazienti, probabile segno di coinvolgimento interemisferico da parte della patologia. Infine, ha dimostrato una riduzione di FA lungo il cigolo anteriore, il fascicolo uncinato, il fascicolo longitudinale superiore e il fascicolo longitudinale inferiore in pazienti con FTD e con forme di SLA associate a decadimento cognitivo e/o comportamentale. CONCLUSIONI: Questo studio ha quindi evidenziato la sensibilità di FA come marker di danno di primo motoneurone in pazienti affetti da SLA e di danno al livello dei circuiti extramotori coinvolti nei processi di decadimento cognitivo nella malattia del motoneurone.