Virtual Histology for Assessing MS Pathologies

用于评估多发性硬化症病理学的虚拟组织学

基本信息

  • 批准号:
    10517501
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-12-01 至 2025-11-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory demyelinating disease with, ultimately, irreversible axonal injury leading to permanent neurological disabilities. Preventing disease progression or treating progressive MS remains a major unmet clinical need. We have previously developed a novel data-driven model-selection diffusion basis spectrum imaging (DBSI) to accurately image inflammation, demyelination, and axonal injury, as well as quantifying axonal loss in the presence of vasogenic edema in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) and spinal cord injury mice, and brain WM pathologies in MS. MRI does not distinguish inter- from intra-axonal water signals, reflecting a weighted-average of signals between the two compartments. However, our recent observation that DBSI derived axial diffusivity (DBSI-λǁ) was slightly elevated in normal appearing white matter (NAWM) in people with MS (pwMS). This elevated DBSI-λǁ added uncertainty in assessing whether axonal injury (against the notion that ↓DBSI-λǁ ≈ axonal injury) is present in NAWM of these pwMS. In this proposed study, we will refine DBSI to further improve its sensitivity and specificity to axonal injury/loss, demyelination, and inflammation for accurately assessing disease progression and therapeutic efficacy in pwMS. Since MRI does not distinguish inter- from intra-axonal water signals, it reflects a weighted-average between inter- and intra-axonal signals. In the presence of inflammation-associated edema or minor axonal loss in pwMS, the longer diffusion time for human scanners coupled with the increased inter-axonal space will lead to increased DBSI-λǁ masking the detectability of axonal injury. Thus, through separating inter- and intra-axonal water compartment signals, the sensitivity and specificity to axonal injury of DBSI-derived intra-axonal λ|| (DBSI-IA-λ||) may be improved. This new model will still preserve the isotropic diffusion specificity to inflammation and tissue loss. We propose three specific aims to prove or disprove this hypothesis: Aim 1. To perform DBSI and DBSI-IA analyses on autopsy specimens from pwMS followed by conventional histology and immunohistochemical staining. Aim 2. To perform DBSI and DBSI-IA modeling on perfused frog sciatic nerve with and without contrast agent to separate inter-/intra-axonal space water signal. Aim 3a. To develop a Diffusion Histology Imaging (DHI) approach combining DBSI/DBSI-IA metrics and machine/deep learning algorithms to recapitulate histology specificity to MS pathology. Aim 3b. To translate DBSI-IA model to analyze existing DWI data from the cohort of pwMS previously imaged in an expired program project.
项目摘要 多发性硬化症(MS)是一种炎性脱髓鞘疾病,最终导致不可逆的轴索损伤 导致永久性神经残疾预防疾病进展或治疗进展性MS 仍然是一个主要的未满足的临床需求。我们以前开发了一种新的数据驱动的模型选择 扩散基础光谱成像(DBSI),以准确成像炎症,脱髓鞘,和轴突损伤, 以及在实验性自身免疫性疾病中存在血管源性水肿的情况下定量轴突损失, 脑脊髓炎(EAE)和脊髓损伤小鼠,以及MS中的脑WM病理。 MRI不能区分轴突间和轴突内的水信号,反映了信号的加权平均值 在两个隔间之间。然而,我们最近的观察,DBSI导出轴向扩散率(DBSI-λ ε) 在MS患者(MS)的正常白色物质(NAWM)中略有升高。该升高 DBSI-λ在评估轴突损伤是否增加了不确定性(反对↓DBSI-λ轴突损伤的概念) 存在于这些脑胶质瘤的NAWM中。在这项拟议的研究中,我们将完善DBSI,以进一步提高其灵敏度 以及对轴突损伤/损失、脱髓鞘和炎症的特异性,用于准确评估疾病 进展和治疗效果。 由于MRI不能区分轴突间和轴突内水信号,因此它反映了轴突间和轴突内水信号之间的加权平均值。 轴突间和轴突内信号。在存在炎症相关水肿或轻微轴突丢失的情况下, 但是,人类扫描仪的较长扩散时间加上轴突间空间的增加将导致 增加的DBSI-λ π ι掩盖了轴突损伤的可检测性。因此,通过分离轴突间和轴突内 水室信号,DBSI衍生的轴突内λ对轴突损伤的敏感性和特异性|| (DBSI-IA-λ)||)可以改进。这个新模型仍然保持各向同性扩散特性, 炎症和组织损失。 我们提出了三个具体的目标来证明或反驳这一假设:目标1。执行DBSI和DBSI-IA 对来自尸检标本的分析,然后进行常规组织学和免疫组化 染色目标2.在灌流的蛙坐骨神经上进行DBSI和DBSI-IA建模, 对比剂以分离轴突间/轴突内空间水信号。目标3a。制定扩散组织学 结合DBSI/DBSI-IA指标和机器/深度学习算法的成像(DHI)方法, 概括了MS病理学的组织学特异性。目标3b。将DBSI-IA模型转换为分析现有DWI 来自先前在过期计划项目中成像的CIMMS队列的数据。

项目成果

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