Resting state functional magnetic resonance imaging in patients with multiple sclerosis before and after high-dose immunosuppressive therapy and autologous hemopoietic stem cell transplantation

Cover Page

Cite item

Abstract

BACKGROUND: Multiple sclerosis is a chronic autoimmune disease characterized by multifocal foci of demyelination in the central nervous system, usually affecting people of working age. The disease causes damage to the blood-brain barrier, the development of multifocal inflammation, destruction of the myelin sheath of axons and various degrees of damage. It is clinically manifested by restriction of motor activity, visual acuity, as well as other symptoms leading to loss of performance and disability of the patient.

AIM: determination of changes in the functional connectivity of brain neural networks in patients with multiple sclerosis before and after high-dose immunosuppressive therapy and autologous

hematopoietic stem cell transplantation by performing functional magnetic resonance imaging at rest.

MATERIALS AND METHODS: The data of functional magnetic resonance imaging of patients with multiple sclerosis were analyzed in dynamics before and after the use of high-dose immunosuppressive therapy followed by autologous hematopoietic stem cell transplantation. The study involved 25 patients with a verified diagnosis of multiple sclerosis. Each underwent complex magnetic resonance imaging at two time points (before and after high-dose immunosuppressive therapy followed by autologous hematopoietic stem cell transplantation) with a difference of 12 months, which included structural magnetic resonance imaging - in order to exclude the presence of pathological foci in the brain (in addition to foci of multiple sclerosis) and functional magnetic resonance imaging.-resonance imaging at rest — to assess functional connectivity. Also, according to the method generally accepted in classical neurology, a clinical neurological examination was performed.

RESULTS: At the stage of comparing data on the two groups obtained using functional magnetic resonance imaging at rest, changes in functional activity were detected in various parts of the brain, presumably responsible for clinical differences in the studied groups.

CONCLUSION: Currently, the links between brain structures and morphological changes that cause cognitive impairment in multiple sclerosis are being studied. To predict the progression of the disease, the development of biomarkers, including those based on functional magnetic resonance imaging, is required. Evaluating changes in the functional connectivity of brain neural networks can help personalize therapeutic and rehabilitation approaches.

About the authors

Elena A. Potemkina

Almazov Research Center of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: lenagorbunova-124@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3987-9916
Scopus Author ID: 57217020760
ResearcherId: ABF-8381-2021
Russian Federation, Saint Petersburg

Artem G. Trufanov

Military Medical Academy; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: trufanovart@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2905-9287

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor at the Department

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Alexander Yu. Efimtsev

Almazov Research Center of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: atralf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2249-1405
SPIN-code: 3459-2168
Scopus Author ID: 56807130100
ResearcherId: L-1124-2015

MD, Dr. Sci. (Medicine), Associate Professor at the Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksey Yu. Polushin

Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: alexpolushin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8699-2482

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Victoria V. Volgina

Almazov Research Center of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: volginaviktoria1@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-1517-8709
Russian Federation, Saint Petersburg

Yana A. Filin

Almazov Research Center of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: filin_yana@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-0778-6396
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Prosperini L, Piattella MC, Giannì C, Pantano P. Functional and Structural Brain Plasticity Enhanced by Motor and Cognitive Rehabilitation in Multiple Sclerosis. Neural Plast. 2015;2015:481574. doi: 10.1155/2015/481574
  2. Clinical guidelines — Multiple sclerosis — 2022–2023–2024 (13.07.2022) — Approved by the Ministry of Health of the Russian Federation. As of July 13, 2022 on the website of the Ministry of Health of the Russian Federation. Available from: http://disuria.ru/_ld/12/1226_kr22G35p0MZ.pdf (In Russ.)
  3. Hejazi S, Karwowski W, Farahani FV, et al. Graph-Based Analysis of Brain Connectivity in Multiple Sclerosis Using Functional MRI: A Systematic Review. Brain Sci. 2023;13(2):246. doi: 10.3390/brainsci13020246
  4. Giorgio A, De Stefano N. Advanced Structural and Functional Brain MRI in Multiple Sclerosis. Semin Neurol. 2016;36(2):163–176. doi: 10.1055/s-0036-1579737
  5. Rocca MA, Schoonheim MM, Valsasina P, et al. Task- and resting-state fMRI studies in multiple sclerosis: From regions to systems and time-varying analysis. Current status and future perspective. Neuroimage Clin. 2022;35:103076. doi: 10.1016/j.nicl.2022.103076
  6. Manca R, Sharrack B, Paling D, et al. Brain connectivity and cognitive processing speed in multiple sclerosis: A systematic review. J Neurol Sci. 2018;388:115–127. doi: 10.1016/j.jns.2018.03.003
  7. Rocca MA, De Meo E, Filippi M. Functional MRI in investigating cognitive impairment in multiple sclerosis. Acta Neurol Scand. 2016;134 Suppl 200:39–46. doi: 10.1111/ane.12654
  8. Demir S. Multiple Sclerosis Functional Composite. Noro Psikiyatr Ars. 2018;55(Suppl 1):S66–S68. doi: 10.29399/npa.23349
  9. Nelson F, Akhtar MA, Zúñiga E, et al. Novel fMRI working memory paradigm accurately detects cognitive impairment in multiple sclerosis. Mult Scler. 2017;23(6):836–847. doi: 10.1177/1352458516666186
  10. Jandric D, Doshi A, Scott R, et al. A Systematic Review of Resting-State Functional MRI Connectivity Changes and Cognitive Impairment in Multiple Sclerosis. Brain Connect. 2022;12(2):112–133. doi: 10.1089/brain.2021.0104
  11. Smallwood J, Bernhardt BC, Leech R, et al. The default mode network in cognition: a topographical perspective. Nat Rev Neurosci. 2021;22(8):503–513. doi: 10.1038/s41583-021-00474-4
  12. Tavazzi E, Cazzoli M, Pirastru A, et al. Neuroplasticity and Motor Rehabilitation in Multiple Sclerosis: A Systematic Review on MRI Markers of Functional and Structural Changes. Front Neurosci. 2021;15:707675. doi: 10.3389/fnins.2021.707675
  13. Tavazzi E, Bergsland N, Cattaneo D, et al. Effects of motor rehabilitation on mobility and brain plasticity in multiple sclerosis: a structural and functional MRI study. J Neurol. 2018;265(6):1393–1401. doi: 10.1007/s00415-018-8859-y
  14. Tolf A, Fagius J, Carlson K, et al. Sustained remission in multiple sclerosis after hematopoietic stem cell transplantation. Acta Neurol Scand. 2019;140(5):320–327. doi: 10.1111/ane.13147
  15. Msheik A, Assi F, Hamed F, et al. Stem Cell Transplantation for Multiple Sclerosis: A 2023 Review of Published Studies. Cureus. 2023;15(10):e47972. doi: 10.7759/cureus.47972
  16. Nicholas RS, Rhone EE, Mariottini A, et al. Autologous Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Active Multiple Sclerosis: A Real-world Case Series. Neurology. 2021;97(9):e890–e901. doi: 10.1212/WNL.0000000000012449
  17. Bonavita S, Sacco R, Esposito S, et al. Default mode network changes in multiple sclerosis: a link between depression and cognitive impairment? Eur J Neurol. 2016;24(1):27–36. doi: 10.1111/ene.13112

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Cluster N 1 of the default mode network

Download (126KB)
3. Fig. 2. Cluster N 2 of the default mode network

Download (134KB)
4. Fig. 3. Cluster N 3 of the default mode network

Download (139KB)
5. Fig. 4. Cluster N 1 of the sensorimotor neural network

Download (112KB)
6. Fig. 5. Cluster N 2 of the sensorimotor neural network

Download (113KB)
7. Fig. 6. Cluster N 3 of the sensorimotor neural network

Download (83KB)
8. Fig. 7. Cluster N 4 of the sensorimotor neural network

Download (81KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».