Die Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative Neuropathology Core ist ein Forschungsprojekt, das aktualisierte neuropathologische Daten liefert, um die Ursachen, Diagnostik und Therapien von Alzheimer besser zu verstehen.

Abstrakt

EINLEITUNG

Biomarker für neuropathologische Veränderungen der Alzheimer-Krankheit (ADNC) haben maßgeblich an der Entwicklung wirksamer krankheitsmodifizierender Therapeutika mitgewirkt. Um Demenz jedoch effektiv vorzubeugen/behandeln, benötigen wir Biomarker für Nicht-AD-Neuropathologien; Hierfür sind neuropathologische Untersuchungen und annotierte Gewebeproben unerlässlich.

METHODIK

Wir führten eine klinisch-pathologische Korrelation für die ersten 100 Fälle von Neuropathology Core (NPC) der Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) durch.

BEFUND

Klinische Syndrome in dieser Kohorte zeigten eine Sensitivität von 95 % und eine Spezifität von 79 % für die Vorhersage einer hohen/mittleren ADNC, eine Falsch-Positiv-Rate von 21 % und eine Falsch-Negativ-Rate von -44 %. Darüber hinaus wiesen 60% mit hoher/intermediärer ADNC zusätzliche potenziell demente Co-Pathologien auf.

DISKUSSION

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das klinische Erscheinungsbild die ADNC nicht perfekt vorhersagt und dass eine genaue Vorhersage der hohen/mittleren ADNC eine Kopathologie nicht ausschließt, die das Erscheinungsbild, die Biomarker und das therapeutische Ansprechen verändern kann. Daher werden neue Biomarker für Nicht-AD-Neuropathologien benötigt. Das ADNI NPC unterstützt diese Mission mit gut charakterisierten Gewebeproben (erhältlich über ADNI und das National Institute on Aging) und diagnostischen Informationen (bald auch mit digitaler Histologie).

Höhepunkte

• Die Hirnspende-Kohorte der Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) Neuropathology Core (NPC) umfasst nun mehr als 200 Fälle.
• ADNI-NPC-Daten im Format des National Alzheimer’s Coordinating Center sind über das Laboratory of Neuro Imaging erhältlich.
• Digitalisierte Diadateien des ADNI NPC werden im Jahr 2025 verfügbar sein.
• Anfragen für ADNI-Hirngewebeproben können online für die Bewertung durch ADNI/National Institute on Aging eingereicht werden.
• Klinische Diagnosen der Alzheimer-Krankheit (AD)/AD und verwandter Demenzerkrankungen (ADRD) sagen nicht immer die postmortale Neuropathologie voraus.
• Die Neuropathologie ist essentiell für die Entwicklung neuartiger AD/ADRD-Biomarker.

1 HINTERGRUND

Die neuropathologische Veränderung (ADNC) der Alzheimer-Krankheit (AD), die durch parenchymale Ablagerungen von Amyloid-Beta-Peptid (Aβ) („Plaques“) und intraneuronalen Aggregaten von hyperphosphoryliertem Tau-Protein („neurofibrilläre Knäuel“) definiert ist, ist die Hauptursache für Demenz im späten Leben, aber nicht die einzige Ursache. Die neuropathologischen Prozesse, die für den kognitiven Verfall im späteren Leben verantwortlich sind, sind vielfältig, haben überlappende Phänotypen und existieren oft nebeneinander. Selbst dominant vererbte AD (verursacht durch pathogene Varianten in den Genen APP, PSEN1 und PSEN2), die im Allgemeinen als „reine“ Form der AD angesehen wird, zeigt Heterogenität zwischen den Fällen und umfasst oft die Lewy-Körperchen-Pathologie (intraneuronale Aggregate von Alpha-Synuclein) und die Pathologie des TAR-DNA-bindenden Proteins 43 (TDP-43) (intrazelluläre Aggregate von TDP-43).^1, 2 Wenn wir Alzheimer und verwandte Demenzerkrankungen (ADRD) verhindern und behandeln wollen, müssen wir (1) die Muster und Kombinationen verstehen, in denen neurodegenerative Pathologien bei Individuen auftreten können, (2) unsere Fähigkeit verbessern, diese spezifischen neuropathologischen Veränderungen während des Lebens zu erkennen, und (3) wirksame Mittel entwickeln, um Therapeutikakandidaten in klinischen Studien zu bewerten.

Diese Ziele erfordern die Entdeckung, Validierung und Implementierung neuer Biomarker. Was für einige weniger intuitiv sein mag, ist, dass neuropathologische Untersuchungen absolut notwendig sind, um sie zu erreichen. Obwohl wirksame Biofluid- und Neuroimaging-Biomarker für ADNC (Plasma- und Liquorvarianten von Aβ und Tau; Positronen-Emissions-Tomographie (PET)-Bildgebung von Tracern, die Aβ- und Tau-Aggregate binden) jetzt in klinischen Studien eingesetzt werden (z. B. Refs. 3-9), kann nur die neuropathologische Untersuchung andere häufige Neuropathologien – wie die Lewy-Körperchen-Krankheit und die TDP-43-Proteinopathie – identifizieren und einstufen, die die Kognition beeinträchtigen und andere Biomarker-Messungen beeinflussen können, wie z. B. die für Neurodegeneration und Neuroinflammation (z. B. Neurofilament-Leichtkette [NfL], CSF YKL-40, saures Gliafibrillenprotein, sTREM2, Magnetresonanztomographie [MRT]),^10-16 Uhr und beeinflussen die Ergebnisse klinischer Studien. Die postmortale Untersuchung ermöglicht auch die Schaffung gut charakterisierter Hirngeweberessourcen, die die Entdeckung/Validierung neuer Biomarker unterstützen, unser Verständnis der Pathophysiologie im Zusammenhang mit allen Formen der Neurodegeneration vertiefen und die Auswirkungen krankheitsmodifizierender Behandlungen auf das Gehirn eingehend untersuchen können.

Dies ist die Perspektive des Neuropathology Core (NPC) der Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI): Unsere Mission ist es, neuropathologische Daten und hochwertige Hirngewebeproben von autopsiezugelassenen ADNI-Teilnehmern mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu teilen, um das Gebiet der Forschung und Entwicklung von AD/ADRD-Biomarkern voranzutreiben.

In diesem Bericht beschreibt der ADNI NPC seine relevante Geschichte, Organisation, Methoden und Angebote; die neuropathologischen Merkmale der ersten 100 abgeschlossenen Hirnspendebewertungen; wie diese Merkmale mit klinischen Diagnosen korrelieren; die Implikationen dieser korrelativen Befunde für klinische ADRD-Studien und die Verwendung diagnostischer Biomarker in der Klinik; und ihre erwarteten Beiträge zur ADRD-Forschung in ADNI4 und darüber hinaus.

2 METHODEN

2.1 ADNI-Hirnspendeprogramm

Als ADNI im Jahr 2004 ins Leben gerufen wurde, war es als kurzfristige, 5-jährige Studie konzipiert, die die neuropathologische Beurteilung und die Etablierung einer Gehirngeweberessource nicht zu ihren Zielen zählte. Daher begann ADNI ohne NPC. Nichtsdestotrotz wurden bei einer ursprünglichen Rekrutierung von n = 188 mit AD-Demenz (ADS), n = 402 mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (MCI) und n = 229 „ältere Kontrollen“ einige Todesfälle der Teilnehmer bereits während der ersten 3 Jahre der Studie verzeichnet. John C. Morris, der Leiter des ADNI-Standorts an der Washington University, erkannte die Bedeutung der neuropathologischen Bestätigung für AD-Biomarker-Studien und reichte beim National Institute on Aging (NIA) im Namen des übergeordneten ADNI-Stipendiums eine konkurrierende Überarbeitung ein, die die Einrichtung eines NPC für ADNI vorschlug. Die Revision wurde 2007 vergeben, und der ADNI NPC begann mit Morris als Core Leader und Nigel J. Cairns, PhD, als Neuropathologe; der Aufführungsort war die Washington University. Dieser frühe NPC war jedoch nicht in das Hauptprotokoll des ADNI aufgenommen, und die Hirnspende war nicht in den Einverständniserklärungen der Teilnehmer enthalten. Darüber hinaus fehlte es an einem Vollzeit-NPC-Koordinator, an der Befugnis und Befugnis, die Teilnehmer nach dem Rückzug aus der Studie für eine eventuelle Hirnspende zu verfolgen, und an ausreichendem Budget, um die Bemühungen des Koordinators zu unterstützen und die Autopsiekosten an den teilnehmenden Standorten zu erstatten. Diese Zustände setzten sich auch dann fort, als die ADNI-Kohorte reifte und wuchs, mit n = 131 „frühen MCI“-Teilnehmern während ADNI-GO (2009 bis 2011) und n = 790 zusätzlichen Teilnehmern (n = 151 Demenz, n = 345 MCI, n = 294 „ältere Kontrollen“) während ADNI2 (2011 bis 2016). Die Hirnspende war bis kurz vor der Einführung von ADNI3 (2016 bis 2021, in denen n = 72 ADD, n = 237 MCI und n = 374 „ältere Kontrollen“ eingeschrieben waren) nicht in die Einschreibungseinwilligung der ADNI-Teilnehmer einbezogen, und die Teilnehmerverfolgung bis zum Ablauf – die oft von den lokalen Institutional Review Boards (IRBs) nicht zugelassen wurde – war nicht möglich, bis sie 2017 von der Auftragsforschungsorganisation des ADNI (dem Alzheimer’s Therapeutic Research Institute [ATRI]) unterstützt wurde. Leider war dieses Tracking zunächst auf Teilnehmende mit ADS beschränkt und wurde nicht durch Mittel des ADNI unterstützt. Bis 2019 hatten nur 20 der 59 ADNI-Standorte mit Autopsiefähigkeit die IRB-Genehmigung zur Nachverfolgung von Teilnehmern erhalten, nachdem sie sich von der aktiven Teilnahme zurückgezogen hatten. Die meisten dieser 20 Standorte hatten bereits eigene aktive Hirnspendeprogramme, die von lokalen Alzheimer’s Disease Research Centers (ADRCs) unterstützt wurden. Tatsächlich sind seit Beginn von ADNI viele ADNI-Teilnehmer als ADRC-Teilnehmer miteingeschrieben. Obwohl die Miteinschreibung zweifellos die Anzahl der erfolgreichen Hirnspenden von ADNI-Teilnehmern an Standorte erhöht hat, wurde ihre Miteinschreibung in ADNI zum Zeitpunkt des Ablaufs oft nicht erkannt, so dass die Proben nicht immer mit dem ADNI-NPC geteilt wurden. Als Konsequenz all dieser historischen Herausforderungen war die Anzahl der Gehirnspenden, die der ADNI NPC bis Ende 2018 sichern konnte, auf 94 begrenzt, die von nur 30 ADNI-Standorten beigesteuert wurden. Im August 2018 trat Richard J. Perrin, MD, PhD, die Nachfolge von Nigel Cairns als Neuropathologe und Co-Leiter des ADNI NPC an.

FORSCHUNG IM KONTEXT

1. Systematische Übersichtsarbeit: Die Autoren überprüften die für die Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI), den ADNI Neuropathology Core, neuropathologische Diagnosekriterien und klinisch-pathologische Studien zur ADRD unter Verwendung traditioneller (z. B. PubMed) Quellen und Abstracts und Präsentationen.
2. Interpretation: Unsere Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass klinische Diagnosen der Alzheimer-Krankheit und verwandter Demenzerkrankungen (ADRD) bei ADNI die postmortale Neuropathologie nicht immer genau vorhersagen. Diese Ergebnisse stimmen mit anderen Populationsstudien zu ADRD bei älteren Erwachsenen überein. Unsere Ergebnisse deuten ferner darauf hin, dass Biomarker benötigt werden, um die ante mortem-Diagnose zu verbessern, und dass neuropathologische Untersuchungen für die Entdeckung und Entwicklung von Biomarkern wichtig sind.
3. Zukünftige Richtungen: Zukünftige klinisch-pathologische Korrelationen der ADNI-teilnehmenden Hirnspenderkohorte werden diese Ergebnisse erweitern, bestätigen oder widerlegen.

Glücklicherweise begannen sich die Umstände im Jahr 2019 mit Unterstützung der Führung von ADNI und NIA zu verbessern. Der NPC führte eine formelle ADNI-weite Umfrage durch, um häufige und ungewöhnliche Hindernisse für erfolgreiche Hirnspendeprogramme an ADNI-Standorten zu identifizieren, und sicherte sich zwei von der NIA gesponserte administrative Ergänzungen, um diese zu beseitigen. Diese Zuschläge ermöglichten die Einstellung des ersten Vollzeit-NPC-Koordinators von ADNI, erhöhten die Obergrenze für die Erstattung von Standortkosten im Zusammenhang mit der Autopsie und der Bereitstellung von Gewebe an ADNI und erhöhten die Aufsicht und Überwachung der Teilnahme von ATRI am Hirnspendeprogramm, wobei gegenüber den Standorten betont wurde, dass die Hirnspende ein erwarteter Standard für die Fertigstellung von Studienmetriken ist. Es unterstützte auch ein vom NPC verwaltetes Mini-Grant-Programm, über das ADNI-Standorte zusätzliche Mittel beantragen konnten, die dazu bestimmt waren, selbst identifizierte standortspezifische Hindernisse für eine erfolgreiche Hirnspende zu beseitigen, einschließlich der Unterstützung der Koordinatorenbemühungen an einzelnen ADNI-Standorten. Sechsundzwanzig Standorte haben sich im Rahmen dieser Initiative um eine Finanzierung beworben und diese erhalten. ADNI-Standorte ohne aktive Hirnspendeprogramme erhielten NPC-Unterstützung, um einen Plan zu entwickeln. ADNI-Standorte ohne IRB-Genehmigung, die Zustimmung zur Hirnspende einzuholen, wurden unterstützt und aggressiv ermutigt, die Genehmigung zu erhalten. ADNI-Standorte mit aktiven Autopsieprogrammen wurden ermutigt, die Bemühungen des ADNI NPC zu unterstützen und Gewebeproben von doppelt eingeschriebenen Teilnehmern auszutauschen. Viele ADNI2-Teilnehmer, die bei der Nachsorge verloren gegangen waren, wurden ausfindig gemacht und wieder in ein neues ADNI3-Programm „nur Hirnspende“ aufgenommen, das vom neuen NPC-Koordinator von ADNI in Zusammenarbeit mit ATRI geleitet wurde. Als Ergebnis all dieser Bemühungen umfasst das ADNI-Hirnspendenetzwerk nun 56 teilnehmende Standorte, und bis zum Ende von ADNI3 hatten über 570 lebende ADNI-Teilnehmer einer Hirnspende zugestimmt. Ein weiterer Durchbruch gelang im Jahr 2021, als das National Centralized Repository for Alzheimer’s Disease and Related Dementias (NCRAD) durch den Abgleich von DNA-Profilen n = 49 ADNI-Teilnehmer identifizierte, die unerwartet neuropathologische Daten in der Datenbank des National Alzheimer’s Coordinating Center (NACC) hatten, was darauf hindeutete, dass es sich um ADRC/ADNI-Miteingeschriebene handelte, deren Hirnspenden an ADRCs noch nicht mit dem ADNI NPC geteilt worden waren.¹⁷ Auf Nachfrage erklärten sich alle beteiligten ADRCs (n = 18) freundlicherweise bereit, Proben aus diesen Fällen mit dem ADNI NPC zu teilen. All diese Fortschritte widerspiegelnd, hat sich die ADNI-NPC-Gehirnspende-Kohorte sehr schnell erweitert. Inzwischen sind es 224 Fälle, Tendenz steigend.

Um diese Ressource zu überwachen, haben das ADNI und die NIA ein Neuropathology Resource Allocation Review Committee (NP-RARC) eingerichtet, das dazu dient, Anträge für die Verwendung von ADNI-Hirngewebeproben zu prüfen und der NIA Empfehlungen zur Probenzuteilung zu geben.

Im Jahr 2024, als ADNI4 gesichert und auf den Weg gebracht wurde, übergab der ADNI NPC seine Führung von Morris an Perrin.

2.2 Hirnspende – Teilnehmerregistrierung, Einwilligung und Überwachung

Da Advarra, das seit Beginn von ADNI4 als zentrales IRB für ADNI fungiert, der Ansicht ist, dass die Hirnspende nicht unter die gesetzliche Definition von „Forschung am Menschen“ fällt, geben die ADNI4-Teilnehmer keine rechtliche Zustimmung mehr zur Autopsie durch ADNI; Stattdessen können sie sich bei ADNI als willige Hirnspender registrieren lassen, mit rechtlicher Zustimmung, die von den nächsten Angehörigen eingeholt werden muss, oder mit einer Vollmacht gemäß den örtlichen Gesetzen und Vorschriften nach dem Tod des Teilnehmers. Neu eingeschriebene ADNI4-Teilnehmer werden gebeten, sich bei der Einschreibung für eine Hirnspende zu registrieren. Die neuen Teilnehmer – und ADNI3-Teilnehmer, die aktiv in ADNI4 weitermachen –, die noch unentschlossen sind, werden bei den folgenden jährlichen Besuchen erneut gefragt, bis sie ablehnen oder zustimmen. Einige ADNI3-Teilnehmer, die ihre aktive Teilnahme an ADNI eingestellt haben, haben sich stattdessen für das „Hirnspende-only“-Programm von ADNI4 angemeldet. Die registrierten Hirnspender werden halbjährlich mit Telefonkontakten überwacht, um den geografischen Standort und das Bewusstsein der Teilnehmer/Betreuer zu bestätigen. Die Standorte werden ermutigt, die Logistik für die Hirnspende jedes Teilnehmers rechtzeitig vor dem voraussichtlichen Ablauf zu planen und diesen Plan nach jeder telefonischen Überprüfung bei Bedarf zu aktualisieren. Nach dem Tod eines Teilnehmers, der sich für eine Hirnspende angemeldet hat (oder noch unentschlossen ist), soll die Benachrichtigung des ADNI-Standortkoordinators des Teilnehmers durch die Familie/Betreuer das Spendenprotokoll einleiten, das die Einholung/Einholung der rechtlichen Zustimmung und die Durchführung der Gehirnentnahme so bald wie möglich umfasst, um die Obduktion zu minimieren Intervall (PMI; zwischen Tod und Fixierung/Einfrieren des Hirngewebes) und jede Verzögerung der Bestattungsvorkehrungen. Es gibt keine Obergrenze für den PMI, da selbst erweiterte PMIs immer noch eine histologische Analyse ermöglichen, aber PMI < 12 bis 24 h wird bevorzugt, um die Gewebequalität für biochemische und molekulare Studien zu maximieren.

2.3 Brain tissue – macroscopic assessment, processing, histological sampling

When possible, the ADNI NPC prefers receiving brain donations in complete form. For most cases, this includes a sagittally bisected specimen with an intact, formalin-fixed left hemibrain and a frozen right hemibrain – with cerebellum, brainstem, and supratentorial components frozen separately but intact at −80°C, or frozen after they are sliced (supratentorial structures, coronally at 1-cm intervals; cerebellum, sagittally at 1-cm intervals; brainstem, axially, at ∼0.5-cm intervals) and, ideally, photographed. The appropriate approach to freezing depends on the expertise and capability of the tissue procurement team involved in the case. This approach permits the ADNI NPC to assess macroscopic features and to ensure completely uniform neuroanatomic sampling across cases – for both neuropathologic assessment (histology) and frozen sample preparation for research studies.

Der ADNI NPC erkennt jedoch an, dass viele ADNI-Teilnehmer, die für eine Hirnspende registriert sind, an anderen Studien teilnehmen, die unabhängige Hirnspendeprogramme und neuropathologische Protokolle haben. In solchen Fällen ermutigt der ADNI-NPC das beteiligte Zentrum, wenn möglich, im Voraus mit dem ADNI-NPC zu kommunizieren, um sicherzustellen, dass die Protokolle für beide Studien so genau und vollständig wie möglich berücksichtigt werden können, mit geringfügigen Änderungen, wenn unbedingt erforderlich. Wenn ein Gehirn zuerst in einem externen Zentrum bearbeitet und bewertet wird, fordert der ADNI-NPC einen Standardsatz von ∼17 fixierten Gewebeblöcken an (entweder „nass“, zu Paraffin verarbeitet oder dargestellt durch auf Objektträgern montierte, 6 μm dicke ungefärbte Paraffinschnitte, wenn ein Probenbereich nicht genügend Gewebe aufweist, um die gemeinsame Nutzung von Blöcken zu unterstützen) und einen standardmäßigen begrenzten Satz von ∼fünf 1 cm dicken gefrorenen Gewebeplatten (1: Frontallappen mit Striatum [koronal]; 2: Frontallappen und Temporallappen auf Höhe des Mammillarkörpers [koronal]; 3: Temporallappen und Parietallappen auf Höhe des Nucleus geniculatus lateralis [koronal]; 4: Okzipitallappen mit dem Sulcus calcarine [koronal]; 5: Kleinhirnhemisphäre mit Nucleus dentatus [parasagittal/radial/koronal]). Zusätzliche histologische Blöcke oder ungefärbte Objektträger, die fokale Anomalien darstellen, die für einen Fall einzigartig sind (z. B. Infarkt, Blutungen, Neoplasien), die außerhalb dieser vorgeschriebenen Probenbereiche auftreten, werden ebenfalls angefordert. Makroskopische Beschreibungen, die von qualifiziertem Personal verfasst wurden, und/oder Fotos von intakten und geschnittenen Proben, sofern verfügbar, sind ebenfalls willkommen. Wenn Spenden von miteingeschriebenen Teilnehmern stattdessen zunächst vom ADNI NPC bearbeitet werden, bemühen wir uns, ähnliche repräsentative Proben und makroskopische Beschreibungen/Fotos an das externe Zentrum zu senden, wobei nach Möglichkeit alle bereitgestellten externen Protokollanweisungen berücksichtigt werden.

2.4 Histologie/Immunhistochemie (IHC)

Von jeder der 17 formalinfixierten, paraffineingebetteten (FFPE) Gewebeproben pro Fall (Abbildung 1) färbt der ADNI NPC glasmontierte 6 μm dicke Schnitte mit Hämatoxylin und Eosin (H&E) und standardmäßig (3,3′-Diaminobenzidin [DAB]) IHC unter Verwendung eines Leica Bond III Autostainers und Antikörpern für Aβ (10D5, Eli Lilly, Indianapolis, IN, USA); phosphoryliertes Tau (monoklonales PHF-1 der Maus, Feinstein Institute for Medical Research, Manhasset, NY, USA); phosphoryliertes alpha-Synuclein (Kaninchen monoklonal, Katalog-Nr. CG1656, Cell Applications, San Diego, CA, USA) oder nicht-phosphoryliertes Alpha-Synuclein (monoklonales Maus-LB509, MilliporeSigma Burlington, MA, USA); und phosphoryliertes TAR-DNA-Bindungsprotein 43 (pTDP-43) (monoklonales maus-pTDP-43 [pS409/410], Cosmo Bio USA, Carlsbad, CA, USA). Mikrofotografien, die diese Färbepräparationen darstellen, sind in den Abbildungen 2 und 3 enthalten.

Weitere Informationen bei https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/alz.14253