Ruolo del neuroimaging e dei biomarcatori fluidi di neurodegenerazione e neuroinfiammazione nello Stato Epilettico

Status Epilepticus (SE) is a neurological emergency that can be defined as a condition resulting either from the failure of the mechanisms responsible for seizure termination or from the initiation of mechanisms which lead to abnormally prolonged seizures. It is known that sustained epileptic activity might be responsible for brain damages, but there is still a paucity of evidence regarding specific consequences that could arise in humans following SE. For example, patients might experience SE recurrence, further seizures or develop long-term cognitive and functional decline. However, existing clinical scores do not allow for a precise definition of an individual's risk of developing irreversible consequences after SE. In this scenario, in recent years, the literature has been enriched with either animal model and human studies regarding potential fluid biomarkers of neuroinflammation and neurodegeneration in patients with SE or epilepsy. Despite increasing scientific attention, to date no biomarker is validated to be used in clinical practice for diagnostic or prognostic purposes. Similarly, the role of neuroimaging still needs to be defined. Neuroimaging techniques, in particular magnetic resonance imaging may identify a broad spectrum of abnormalities, known as “Peri-Ictal MRI abnormalities” or PMAs. These alterations are a reflection of an energy imbalance in the brain and could be followed by permanent structural changes. The main aim of the study was to investigate longterm consequences in adult patients after a SE episode and to evaluate whether some fluid biomarkers of neurodegeneration and neuroinflammation could be useful for predicting longterm outcome (namely the risk of development further seizures or functional disability after SE). Secondly, the study aimed to investigate the incidence of PMAs and their association with neurological sequela. Particularly, we evaluated the following biomarkers: Matrix metalloproteinase 9, Superoxide dismutase and Ubiquitin C-terminal hydrolase. Matrix metalloproteinases (MMPs) remodel the pericellular environment by regulating the cleavage of extracellular matrix proteins and neurotransmitters. Furthermore, they are fundamental for the regulation of synaptic plasticity. Therefore, it has been hypthotesize that these proteins could play a pivotal role in epileptogenesis. Superoxide Dismutase is a high weight antioxidant protein. A number of experimental studies have shown increased oxidative stress in epilepsy and a reduction of antioxidant defense mechanisms. Ubiquitin C-terminal hydrolase (UCH-L1) is a cytoplasmic enzyme specific to neurons. It has been established as a reliable and potential biomarker of neuronal damage, providing a valuable time-window for potential neuroprotective strategies. The study was designed as a single-center, prospective, interventional with no drugs cohort study. Every patient has undergone a diagnostic-therapeutic pathway according to local protocol (including the execution of brain MRI and lumbar puncture, if clinically indicated). For each patient, sample collection for the dosage of fluid biomarkers was scheduled within 48 hours from SE onset and 6 months after its resolution, whereas follow-up visits were scheduled at 6 and 12 months after SE. Overall, 64 patients were enrolled in the study: 46 had a SE of new onset (or “de novo” status epilepticus) whereas the remaining 18 had a SE and a prior history of seizures/epilepsy. People with epilepsy (PWE; n = 30) and healthy controls (HC; n = 30) were used as control groups for comparing levels of fluid biomarkers with the study population.

Lo Stato Epilettico (SE) rappresenta un’emergenza neurologica che può essere definita come una condizione risultante sia dal fallimento dei meccanismi preposti per l’interruzione di crisi epilettiche che dall’attivazione di processi responsabili di crisi eccessivamente protratte nel tempo. E’ noto come, un’attività epilettica sostenuta nel tempo, sia responsabile di danni a livello cerebrale, tuttavia le conoscenze relative alle conseguenze che possono insorgere negli esseri umani in seguito ad uno SE sono ancora limitate. Ad esempio, i pazienti potrebbero sviluppare una ricorrenza dello SE, presentare ulteriori crisi epilettiche o sviluppare un declino cognitivo e/o funzionale. In ogni caso, le scale cliniche attualmente in uso non permettono di definire il rischio individuale di sviluppare conseguenze irreversibili in seguito allo SE. In questo contesto, recentemente, la letteratura scientifica è stata arricchita sia da modelli animali che da studi condotti sull’essere umano in merito a potenziali biomarcatori di neurodegenerazione o neuroinfiammazione nei pazienti con SE ed epilessia. Nonostante una crescente evidenza scientifica, al momento, non è stato validato l’impiego di biomarcatori nella pratica clinica a scopo diagnostico/prognostico. Analogamente, il ruolo delle indagini di neuroimaging necessita di essere definito. In particolare, la risonanza magnetica (RM) permette di identificare un ampio spettro di alterazioni, note come “Peri-Ictal MRI abnormalities” o PMAs. Tali alterazioni riflettono un disequilibrio energetico a livello cerebrale e possono essere seguite da modifiche strutturali permanenti. L’obiettivo principale dello studio è stato valutare le conseguenze a lungo termine in pazienti in età adulta in seguito ad un episodio di SE e se biomarcatori di neurodegenerazione/neuroinfiammazione possano essere utili nel formulare previsioni sull’outcome a lungo termine (tra cui il rischio di insorgenza di crisi epilettiche o di disabilità funzionale). Sono stati indagati i seguenti biomarcatori: Metalloproteinasi della matrice 9 (MMP9), Superossido dismutasi (SOD) e Ubiquitina Carbossi-terminale Idrolasi L1 (UCH-L1). Le metalloproteinasi della matrice rimodellano l’ambiente pericellulare regolando il clivaggio di proteine e di neurotrasmettitori. In aggiunta, agiscono nella regolazione della plasticità sinaptica; è stato quindi ipotizzato che possano svolgere un ruolo chiave nell’epilettogenesi. SOD è una proteina anti-ossidante ad alto peso molecolare. Diversi studi hanno dimostrato un aumento dello stress ossidativo e la riduzione dei meccanismi anti-ossidanti in caso di epilessia. UCH-L1 è un enzima citoplasmatico specifico dei neuroni: rappresenta un biomarcatore di danno neuronale e potrebbe delimitare una finestra temporale per strategie neuroprotettive. In secondo luogo, lo studio ha mirato a valutare l’incidenza di PMAs e la loro associazione con sequele neurologiche. Il progetto di ricerca è stato elaborato come studio di coorte, monocentrico, prospettico e interventivo senza farmaco. Ogni paziente ha effettuato un percorso diagnostico-terapeutico secondo protocollo locale (comprensivo di RM e puntura lombare, se clinicamente indicato). I prelievi per il dosaggio dei biomarcatori sono stati effettuato entro 48 ore dall’esordio dello SE ed a 6 mesi dalla risoluzione. Visite di follow-up sono state fissate a 6 e 12 mesi dallo SE. In totale, 64 pazienti sono stati reclutati nello studio: 46 con uno SE di nuovo esordio (SE “de novo”) mentre 18 hanno presentato uno SE nel contesto di una storia di crisi/epilessia. Persone con epilessia (PWE; n = 30) e soggetti sani (HC; n = 30) sono stati utilizzati come gruppi di controllo per effettuare confronti sui livelli di biomarcatori rispetto alla popolazione indagata.