Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Prediction of epileptogenesis by multimodal biomarkers

Jahreis, Ina

Hirninsulte können die Entwicklung von Epilepsie induzieren. Epilepsieentwicklung, so genannte Epileptogenese, beginnt mit einer anfallsfreien Latenzzeit, in der durch verschiedene Veränderungen ein gesundes in ein epileptisches Gehirn verwandelt wird. Die Vorhersage der Epileptogenese ist bisher nicht möglich. Daher ist die Identifikation von Biomarkern notwendig. Teil eins dieser Studie beschäftigt sich mit der Prädiktivität von Hirnveränderungen, die durch in vivo Bildgebung in einem modifizierten Pilocarpin-Rattenmodell identifiziert wurden. Ratten ohne spontane Anfälle zeigten höheren Glukosehypmetabolismus mittels 18F-FDG und erhöhte Microgliaaktivierung mittels 18F-GE180 Verteilungsvolumen (Vt). Die Vorhersage wurde verbessert, indem 18F-GE180 Vt mit HMGB1 Blutwerten kombiniert wurden. 18F-GE180 Vt korrelierte negativ mit chronischem Neuronenverlust. Kontrastverstärkte T1- oder T2-gewichtete Magnetresonanztomographie und Verhaltenstests zeigten keine Unterschiede. Im zweiten Teil wurden Veränderungen im Glukose- und Proteinstoffwechsel im Pilocarpinmodell analysiert. Der endogene Aminosäureumsatz, der mittels 18F-FET Vt analysiert wurde, war nach Status epilepticus (SE) reduziert. Unter Isoflurananästhesie war der Glukosestoffwechsel initial erhöht. Die Tracerakkumulationen waren während der chronischen Epilepsie reduziert. Im dritten Teil wurde die Wirkung des Anästhesieprotokolls auf die 18F-FDG Verteilung analysiert. Eine erhöhte Traceraufnahme war in epilepsiebedingten Hirnarealen nach SE unter Narkose mit Medetomidin, Midazolam und Fentanyl nachweisbar. Diese Veränderungen waren vermindert unter Isofluran- oder Propofolanästhesie. Kortikale Traceraufnahme war nach Wachzustand verringert. Verminderte Aufnahme wurde bei chronisch epileptischen Ratten für alle Protokolle festgestellt. Atlasbasierte regionale Quantifizierung sollte durch statistische parametrische Statistik oder kinetische Analyse ergänzt werden, um alle Veränderungen zu identifizieren.

Brain insults can induce development of epilepsy, a neurologic disease characterized by seizures. Epilepsy development, so-called epileptogenesis, starts with a seizure-free latency period, in which a cascade of changes occurs turning a normal into an epileptic brain. Prediction of epileptogenesis after brain insults is not possible yet. Thus, it necessary to establish biomarkers to identify patients at risk. The first part of this study deals with the predictive potential of brain changes during epileptogenesis detected via in vivo imaging in a modified pilocarpine rat model. Non-seizing rats showed greater glucose hypometabolism using 18F-FDG and increased 18F-GE180 volume of distribution (Vt) indicating microglia activation. Predictivity was increased combining neuro-inflammation in combination with HMGB1 blood levels. Early 18F-GE180 Vt correlated negatively with chronic neuronal loss. Contrast-enhanced T1- or T2-weighted magnetic resonance imaging and behavioral tests did not show differences. The second study was performed to analyze changes in glucose and protein metabolism in the pilocarpine rat model. Endogenous amino acid turnover analyzed by the 18F-FET Vt was decreased 48 hours post status epilepticus (SE). Using isoflurane anesthesia, glucose metabolism was increased 24 hours after SE. Tracer accumulations were decreased during chronic epilepsy. In the third study we aimed to analyze the effect of the anesthesia protocol on 18F-FDG distribution. Increased tracer uptake was detectable in epilepsy-related brain areas at 7 days after SE under anesthesia with medetomidine, midazolam and fentanyl. These changes were lesser using isoflurane or propofol anesthesia. Cortical tracer uptake was decreased after an awake uptake phase. Decreased uptake was detected in chronic epileptic rats for all protocols. Atlas-based regional quantification should be complemented by statistical parametric mapping analysis or kinetic modeling to identify all brain changes.

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Jahreis, Ina: Prediction of epileptogenesis by multimodal biomarkers. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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