radiologyРадиология — практикаRadiology - Practice2713-0118Центральный научно-исследовательский институт лучевой диагностики10.52560/2713-0118-2024-2-73-89radiology-539Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL RESEARCHМультипараметрическая количественная МР-оценка изменения содержания миелина головного мозга после первого курса химиотерапииMultiparametric Quantitative MRI Evaluation of Changes in Brain Myelin Content after the First Course of Chemotherapyhttps://orcid.org/0000-0003-3937-8855БондаренкоВ. П.BondarenkoV. P.

Бондаренко Владислав Павлович, врач-рентгенолог

117997, г. Москва, ул. Саморы Машела, 1

+7 (495) 287-65-70 (доб. 4508)

Bondarenko Vladisalav Pavlovich, radiologist

1, st. Samory Mashela, Moscow, 117997

+7 (495) 287-65-70 (add. 4508)

vlad-bondr@yandex.ruКуприяновД. А.KupriyanovD. A.

Куприянов Дмитрий Алексеевич, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник; Старший специалист по поддержке научных исследований

117997, г. Москва, ул. Саморы Машела, 1

123022, г. Москва, ул. Сергея Макеева, 13, 4-й этаж; БЦ «Марр Плаза»

+7 (495) 287-65-70 (доб. 4508)

Kupriyanov Dmitry Alekseevich, PhD, Researcher; Senior Research Support Specialist

1, st. Samory Mashela, Moscow, 117997

13, st. Sergei Makeev, Moscow, 123022

+7 (495) 287-65-70 (add. 4508)

dmitriy.kupriyanov@fccho-moscow.ruhttps://orcid.org/0009-0008-3708-112XАртёмовА. В.ArtemovA. V.

Артемов Антон Владимирович, врач-рентгенолог

117997, г. Москва, ул. Саморы Машела, 1

+7 (495) 287-65-70 (доб. 4508)

Artemov Anton Vladimirovich, radiologist

1, st. Samory Mashela, Moscow, 117997

+7 (495) 287-65-70 (add. 4508)

anton.artemov@fccho-moscow.ruТерещенкоГ. В.TereshchenkoG. V.

Терещенко Галина Викторовна, кандидат медицинских наук, заведующая рентгенологическим отделением

117997, г. Москва, ул. Саморы Машела, 1

+7 (495) 287-65-70 (доб. 1220)

Tereshchenko Galina Viktorovna, PhD. Med., Head of the Radiology Department

1, st. Samory Mashela, Moscow, 117997

+7 (495) 287-65-70 (add. 1220)

galina.tereschenko@fccho-moscow.ruФГБУ «НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева» Минздрава РоссииРоссияNational Medical Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology named after Dmitry Rogachev, Ministry of Healthcare of RussiaRussian FederationФГБУ «НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева» Минздрава России; ООО “Филипс Здравоохранение”РоссияNational Medical Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology named after Dmitry Rogachev, Ministry of Healthcare of Russia; LLC Philips HealthcareRussian Federation202427022024027389Copyright © Бондаренко В.П., Куприянов Д.А., Артёмов А.В., Терещенко Г.В., 20242024Бондаренко В.П., Куприянов Д.А., Артёмов А.В., Терещенко Г.В.Bondarenko V.P., Kupriyanov D.A., Artemov A.V., Tereshchenko G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.radp.ru/jour/article/view/539Цель исследования

Цель исследования: количественная оценка раннего изменения содержания миелина головного мозга после первого курса химиотерапии.

Методы исследования

Методы исследования. До и после первого курса химиотерапии были получены карты Т1- и Т2-релаксации, а также карты распределения миелина методиками расчета фракции миелиновой воды (MWF) и фракции макромолекулярных протонов (MPF) головного мозга у 6 пациентов (средний возраст — 13,7 ± 2,4 года). Исследование проводилось с помощью МР-томографа с напряженностью поля 3 Тл. Статистическая обработка данных проводилась в программе GraphPad Prism.

Результаты

Результаты. Выявлен параллельный рост значений MPF и Т2 в таламусах и белом веществе затылочных долей головного мозга, в то же время увеличение MWF значений в мозжечке и уменьшение в белом веществе лобных долей. Для значений Т1 значимых изменений обнаружено не было.

Обсуждение

Обсуждение. В результате настоящего исследования выявлены структуры головного мозга, на которых в первую очередь отражается лечение токсическими препаратами, — белое вещество лобных долей головного мозга и мозжечок. В белом веществе лобных долей снижение MWF указывает на процесс демиелинизации. Наблюдаемый рост значений MWF в мозжечке может обуславливаться либо процессами ремиелинизации, либо неполным очищением макрофагами скопления миелиновых остатков в месте дегенерации.

Заключение

Заключение. Полученные в ходе работы результаты продемонстрировали, что потенциальным биомаркером ранних проявлений нейротоксичности могут служить значения MWF. Показатель MPF, более чувствительный к отеку вещества головного мозга, может быть предиктором демиелинизации.

Objective

Objective. Quantitative assessment of changes in brain myelin content after the first course of chemotherapy

Materials and Methods

Materials and Methods. T1 and T2 maps as well as myelin water fraction (MWF) and macromolecular proton fraction (MPF) maps, reflecting myelin content, were acquired in 6 patients (mean age — 13.7 ± 2.4 years) before and after the first course of chemotherapy. The study was carried out using on 3T MRI scanner. Statistical data processing was carried out using the GraphPad Prism.

Results

Results. MPF and T2 values showed an increase in the thalamus and white matter of the occipital lobes of the brain, while MWF values showed an increase in the cerebellum and a decline in the white matter of the frontal lobes. Significant changes were not found for T1 values.

Discussion

Discussion. According to MWF the structures of the brain which are primarily affected by treatment with toxic drugs — the white matter of the frontal lobes and the cerebellum, were revealed. MWF values decreasing in the white matter of the frontal lobes may indicate the process of demyelination in this area, while increased MWF values in the cerebellum could be caused either by remyelination processes or by incomplete cleansing of myelin residues accumulation by macrophages at the site of degeneration.

 Conclusion

 Conclusion. The results obtained demonstrated high potential of MWF values serve as early changes biomarker of neurotoxicity after the chemotherapy treatment. Along with this, the MPF index, which is more sensitive to cerebral edema, may be a predictor of demyelination.

количественная МРТMPF-картированиеMWF-картированиенейротоксичностьхимиотерапиямиелинquantitative MRIMPFMWFneurotoxicitychemotherapymyelinИсследование финансировалось грантом РНФ 24-25-00398 «Количественная оценка процесса демиелинизации при проведении химиотерапии у детей с помощью МРТ». Авторы выражают благодарность Василию Леонидовичу Ярных за оказанную помощь при проведении MPF-картирования и обработке результатов.The study was funded by the Russian Science Foundation grant 24-25-00398 «Quantitative process of demyelination during chemotherapy in children using MRI». The authors express their gratitude to Vasiliy Leonidovich Yarnykh for his assistance in conducting MPF mapping and processing the results.ReferencesMagge R. S., DeAngelis L. M. The Double-edged Sword: Neurotoxicity of Chemotherapy // Blood Rev. 2015 Mar;29(2):93-100. https://doi.org/10.1016/j.blre.2014.09.012Magge R. S., DeAngelis L. M. The Double-edged Sword: Neurotoxicity of Chemotherapy. Blood Rev. 2015 Mar; 29(2):93-100. https://doi.org/10.1016/j.blre.2014.09.012Бондаренко В. П., Жуковская Е. В. Оценка нейротоксичности терапии острых лейкозов у детей в период реабилитации по данным МРТ головного мозга // Педиатрический вестник Южного Урала. 2018. № 2. С. 56–57.Bondarenko V. P., Zhukovskaya E. V. Neurotoxicity Evaluation of the Treatment of Acute Leukemias in Children in the Rehabilitation Period According to Brain MRI. Pediatric Bulletin of the Southern Urals. 2018;2:56-57. (In Russ.).Ватутин Н. Т., Склянная Е. В., Эль-Хатиб М. А., Макарова М. В., Старченко С. В. Периферические полинейропатии, индуцированные различными химиотерапевтическими агентами: современное состояние проблемы // Hematology and transfusiology. 2016. № 61(2). С. 15–109. https://doi.org/10.18821/0234-5730-2016-61-2-105-109Vatutin N. T., Sklyannaya E. V., El-Khatib M. A., Makarova M. V., Starchenko S. V. Peripheral Neurophathies Induced by Various Chemotherapeutic Agents: Current State of the Problem. Russian Journal of hematology and transfusiology. 2016;61(2):105-109. (In Russ.). https://doi.org/10.18821/0234-5730-2016-61-2-105-109Мещерякова А. В., Зоркин Е. К. Поражение периферической нервной системы в структуре постхимиотерапевтических осложнений. Обзор литературы // Ростовский научный журнал. 2017. № 9. С. 95–104. https://doi.org/10.17116/jnevro20231230517Meshcheryakova A. V., Zorkin E. K. Damage to the Peripheral Nervous System in the Structure of Post-Chemotherapy Complications. Literature Review. Rostov Scientific Journal. 2017;9:95-104. (In Russ.). https://doi.org/10.17116/jnevro20231230517MacKaya A. L., Laule C. Magnetic Resonance of Myelin Water: An in vivo Marker for Myelin // Brain Plasticity. 2016. N 2. P. 71–91. https://doi.org/10.3233/BPL-160033MacKaya A. L., Laule C. Magnetic Resonance of Myelin Water: An in Vivo Marker for Myelin // Brain Plasticity. 2016;2:71-91. https://doi.org/10.3233/BPL-160033Коростышевская А., Савелов А., Приходько И., Исаева Я., Ярных В. Миелиновая защита нейрона: все начинается до рождения // Наука из первых рук. 2020. № 3.Korostyshevskaya А., Savelov А., Prikhod ko I., Isaeva Ya., Yarnykh V. Myelin Protection of the Neuron: it all Starts Before Birth. Science first hand. 2020;3. (In Russ.).Suleiman L. I, Weber K. A., Rosenthal B. D., Bhatt S. A., Savage J. W., Hsu W. K., Patel A. A., Parrish T. B. High-resolution Magnetization Transfer MRI in Patients with Cervical Spondylotic Myelopathy // J. Clin. Neurosci. 2018. N 51. P. 57–61. https://doi.org/10.1016/j.jocn.2018.02.023Suleiman L. I, Weber K. A., Rosenthal B. D., Bhatt S. A., Savage J. W., Hsu W. K., Patel A. A., Parrish T. B. High-Resolution Magnetization Transfer MRI in Patients with Cervical Spondylotic Myelopathy. J. Clin Neurosci. 2018;51:57-61. https://doi.org/10.1016/j.jocn.2018.02.023Yarnykh V. L. Time-Efficient, High-resolution, whole Brain Three-Dimensional Macromolecular Proton Fraction Mapping // Magn. Reson. Med. 2016. N 75(5). P. 2100–2106. https://doi.org/10.1002/mrm.25811Yarnykh V. L. Time-Efficient, High-Resolution, whole Brain Three-Dimensional Macromolecular Proton Fraction Mapping. Magn. Reson. Med. 2016;75(5): 2100-2106. https://doi.org/10.1002/mrm.25811Melbourne A., Toussaint N., Owen D., Simpson I., Anthopoulos T., De Vita E., Atkinson D., Ourselin S.. Ourselin NiftyFit: a Software Package for Multi-parametric Model-Fittingof 4D Magnetic Resonance Imaging Data // Neuroinformatics. 2016. N 14(3). P. 319– 337. https://doi.org/10.1007/s12021-016-9297-6Melbourne A., Toussaint N., Owen D., Simpson I., Anthopoulos T., De Vita E., Atkinson D., Ourselin S. NiftyFit: a Software Package for Multi-Parametric Model-Fittingof 4D Magnetic Resonance Imaging Data. Neuroinformatics. 2016;14 (3):319-337. https://doi.org/10.1007/s12021-016-9297-6MacKay A. L., Laule C. Magnetic Resonance of Myelin Water: An in vivo Marker for Myelin // Brain. Plast. 2016. N 2(1). P. 71–91. https://doi.org/10.3233/BPL-160033MacKay A. L., Laule C. Magnetic Resonance of Myelin Water: An in vivo Marker for Myelin. Brain. Plast. 2016;2(1):71-91. https://doi.org/10.3233/BPL-160033Heule R., Ganter C., Bieri O. Variable Flip Angle T1 Mapping in the Human Brain with Reduced T2 Sensitivity Using Fast Radiofrequency-Spoiled gradient echo imaging // Magn Reson Med. 2016. N 75(4). P. 1413–1422. https://doi.org/10.1002/mrm.25668Heule R., Ganter C., Bieri O. Variable Flip Angle T1 Mapping in the Human Brain with Reduced T2 Sensitivity Using Fast Fadiofrequency-Spoiled Gradient Echo Imaging. Magn. Reson. Med. 2016;75(4):1413-1422. https://doi.org/10.1002/mrm.25668Arnholt J. C., Hanson D. P., Robb R.A. «NIFTY (NeuroImaging Functional Toolkit): an Interactive Program for Functional MRI Data Processing and Visualization», Proc. SPIE 2433, Medical Imaging 1995: Physiology and Function from Multidimensional Images (24 May 1995). https://doi.org/10.1117/12.209701Arnholt J. C., Hanson D. P., Robb R. A. «NIFTY (NeuroImaging Functional Tool kit): an Interactive Program for Func tional MRI Data Processing and Visualization», Proc. SPIE 2433, Medi cal Imaging 1995: Physiology and Func tion from Multidimensional Images, (24 May 1995). https://doi.org/10.1117/12.209701Yarnykh V. L., Bowen J. D., Samsonov F., Repovic P, Mayadev A., Qian P., Gangadharan B., Keogh B. P., Maravilla K. R., Jung L. K. Henson Fast Whole-Brain Three-Dimensional Macromolecular Proton Fraction Mapping in Multiple Sclerosis // Radiology. 2015. N 274(1). P. 210–220. https://doi.org/10.1148/radiol.14140528Yarnykh V. L., Bowen J. D., Samsonov F., Repovic P, Mayadev A., Qian P., Gangadharan B., Keogh B. P., Maravilla K. R., Jung L. K. Henson Fast Whole-Brain Three-Dimensional Macromolecular Proton Fraction Mapping in Multiple Sclerosis. Radiol. 2015;274(1):210-220. https://doi.org/10.1148/radiol.14140528Barz H., Schreiber A., Barz U. Demyelinating Diseases as a Result of Cerebral Edema? // Medical hypotheses. 2017. Vol. 104. P. 10–14. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2017.05.010Barz H., Schreiber A., Barz U. Demyelinating Diseases as a Result of Cerebral Edema? Med. hypotheses. 2017;104:10-14. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2017.05.010Любимова З. В. Возрастная анатомия и физиология в 2 т. Т. 1. Организм человека, его регуляторные и интегративные системы. 2-е изд. М.: Юрайт, 2016. 447 с.Lyubimova Z. V. Age-Related Anatomy and Physiology in 2 Vol. Vol. 1 The Human Body, its Regulatory and Integrative Systems. 2nd ed. M.: Yurayt, 2016. P. 447. (in Russ.).Атлас «Нервная система человека. Строение и нарушения» / под ред. В. М. Астапова и Ю. В. Микадзе. 4-е изд., пе-рераб. и доп. М.: ПЕР СЭ, 2004. 80 с.Atlas «Human Nervous System. Structure and Volations». Edited by V. M. Astapov and Yu. V. Mikaze. 4th Edition, Revised and Additional. M.: PER SE, 2004. P. 80. (In Russ.).Функциональная анатомия центральной нервной системы: учеб. пособие / сост.: В. Ш. Вагапова, О. Х. Борзилова, Д. Ю. Рыбалко, О. Р. Шангина. – 2-е изд., испр. и доп. Уфа: Изд-во ФГБОУ ВО БГМУ Минздрава России, 2018. 111 с.Functional Anatomy of the Central Ner vous System: Textbook / comp.: V. Sh. Vagapova, O. Kh. Borzilova, D. Yu. Rybalko, O. R. Shangina. 2nd ed.; corr. and additional. Ufa: Publishing House of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education BSMU of the Ministry of Health of Russia. P. 111. (In Russ.).Кулева С. А., Белогурова М. Б., Колыгин Б. А. Поздняя нейротоксичность противоопухолевого лечения у детей: ч. 1 // Онкопедиатрия.2014. № 2. С. 11– 16.Kulyova S. A., Belogurova M. B., Koly gin B. A. Tardive Neurotoxicity of Antineoplastic Therapy in Children: Part 1. Oncopediatrics. 2014;2:11-16. (In Russ.).Shim J-M., Cho S-E., Kang C-K., Kang S-G. Low Myelin-Related Values in the Fornix and Thalamus of 7 Tesla MRI of Major Depressive Disorder Patients. Front. Mol. Neurosci. 2023;16:1214738. https://doi.org/10.3389/fnmol.2023.1214738Shim J-M., Cho S-E., Kang C-K.,Kang S-G. Low Myelin-related Values in the Fornix and Thalamus of 7 Tesla MRI of Major Depressive Disorder Patients. Front. Mol. Neurosci. 2023;16:1214738. https://doi.org/10.3389/fnmol.2023.1214738Junyu Guo, Qing Ji, Wilburn E. Reddick. Multi-slice Myelin Water Imaging for Practical Clinical Applications at 3.0 T // Magn. Reson. Med. 2013. № 70 (3). С. 813–822. https://doi.org/10.1002/mrm.24527Guo Ju., Ji Q., Reddick W. E. Multi-slice Myelin Water Imaging for Practical Clinical Applications at 3.0 T. Magn. Reson. Med. 2013;70(3):813-822. https://doi.org/10.1002/mrm.24527Liu H., Xiang Q-S., Tam R. Myelin Water Imaging Data Analysis in Less than one Minute // NeuroImage. 2020. N 210. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.116551Liu H., Xiang Q-S., Tam R. Myelin Wa ter Imaging Data Analysis in Less than one Minute. NeuroImage. 2020;210. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2020.116551

The authors declare that there are no conflicts of interest present.