Magnetic resonance imaging (MRI) is used extensively for differential diagnosis and disease monitoring in neuroinflammatory disorders. Neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSD) are autoimmune neuroinflammatory diseases of the central nervous system that affect mainly the optic nerves, and spinal cord (SC). SC MRI shows longitudinally extensive transverse myelitis in the vast majority of NMOSD patients, where chronic inflammation leads to SC lesions and SC atrophy. In vivo imaging biomarkers are lacking for these patients, which could greatly aid in evaluating treatment efficacy or monitoring disease- related changes.
The key questions addressed in my dissertation are: 1. Can cerebral T1-weighted MRI be used to measure SC atrophy in NMOSD? 2. Is there a difference in SC affection between aquaporin-4 IgG seropositive (AQP4-IgG+) and myelin oligodendrocyte glycoprotein IgG seropositive (MOG-IgG+) NMOSD patients? 3. Is spinal cord atrophy associated with damage in thalamic subregions of AQP4-IgG+ patients with myelitis?
Cervical cord volume, total cord volume, and mean upper cervical cord area (MUCCA) were compared and demonstrated the ability to discriminate between AQP4-IgG+ NMOSD patients and healthy participants. MUCCA, measured from cerebral T1-weighted MRIs, correlated well with cervical cord and total cord volumes, even in patients. SC atrophy measurements using MUCCA were thus shown to accurately reflect damage in the entire SC of AQP4-IgG+ NMOSD patients. The SC lesion prevalence in specific locations and the mean MUCCA between the NMOSD antibody subgroups were similar. However, AQP4-IgG+ patients had more myelitis attacks, SC lesions, and SC atrophy than MOG-IgG+ patients. MUCCA associated with clinical attacks and disability in both NMOSD subgroups combined. Damage to the ventral posterior nucleus of the thalamus in AQP4-IgG+ patients with myelitis attacks were tested for association with MUCCA. This assessment of mutual damage/atrophy was negative. In summary, these studies proved that SC atrophy can be assessed using MUCCA, increases in NMOSD patients with more myelitis attacks, and that MUCCA is a valuable in vivo imaging parameter in NMOSD. These findings will be crucial in future clinical studies that monitor or evaluate treatment efficacy of patients with neuromyelitis optica spectrum disorders.
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist eine wichtige Methode für die Differentialdiagnose und das Monitoring neuroinflammatorischer Erkrankungen. Bei Neuromyelitis optica Spektrum-Erkrankungen (NMOSD) handelt es sich um eine Gruppe autoimmuner, inflammatorischer Erkrankungen des zentralen Nervensystems, die vor allem die Sehnerven und das Rückenmark betreffen. Mittels spinaler MRT kann bei einer überwiegenden Mehrheit der NMOSD Patienten eine longitudinale extensive transverse Myelitis nachgewiesen werden. Zur Beobachtung krankheitsbedingter Veränderungen in diesen Patienten und zur Therapieevaluation fehlen in-vivo bildgebende Biomarker.
Die vorliegende Dissertation behandelt drei zentrale Fragen anhand von Studien: 1. Eignen sich zerebrale T1-gewichtete MRT Aufnahmen, um die Rückenmarkatrophie bei NMOSD Patienten zu quantifizieren? 2. Gibt es Unterschiede zwischen Aquaporin-IgG-seropositiven (AQP4-IgG+) und Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (MOG-IgG+) NMOSD Patienten im Hinblick auf die Myelonaffektion? 3. Besteht bei AQP4-IgG+ Patienten mit Myelitis ein Zusammenhang zwischen Atrophie im Rückenmark und Schäden in Teilregionen des Thalamus?
Sowohl das Zervikalmarksvolumen, das gesamte Rückenmarksvolumen als auch die mittlere Querschnittsfläche des oberen Zervikalmarks (“mean upper cervical cord area”, MUCCA) zeigten signifikante Unterschiede zwischen AQP4-IgG+ NMOSD Patienten und gesunden Probanden. MUCCA, gemessen mittels zerebralen T1-gewichteten MRTs, korreliert gut mit den zuvor genannten Volumina, auch in NMOSD-Patienten. Die Quantifizierung von Rückenmarkatrophie mittels MUCCA ist daher geeignet, um Schäden im gesamten Rückenmark in AQP4-IgG+ NMOSD Patienten erfassen. Die Prävalenz von SC-Läsionen an bestimmten Lokationen und den MUCCA-Mittelwerten zwischen den NMOSD-Antikörper-Patientengruppen waren ähnlich. Im Vergleich zu MOG-IgG+ Patienten erleiden AQP4-IgG+ Patienten häufig mehr Myelitisschübe, Rückenmarksläsionen, und Rückenmarksatrophie. MUCCA korreliert mit der Anzahl der Krankheitsschübe und Behinderung für beide NMOSD Patientengruppen zusammen betrachtet. Eine Betrachtung der Schäden im Nucleus ventralis posterior des Thalamus in AQP4-IgG+ Patienten mit Myelitisschüben ergab keine Korrelationen mit MUCCA. Zusammenfassend konnte daher gezeigt werden, dass Rückenmarksatrophie mittels MUCCA gemessen werden kann, in NMOSD Patienten mit Myelitis die Atrophie zunimmt, und dass MUCCA einen wertvollen in-vivo bildgebenden Biomarker darstellt. Diese Ergebnisse werden in der Durchführung zukünftiger klinischer Studien zur Beobachtung und Evaluierung von Therapien bei Patienten mit NMOSD eine wichtige Rolle spielen.
