Sviluppo di metodi di spettroscopia di risonanza magnetica per la quantificazione metabolica: applicazione a soggetti COVID-19

L’attività di ricerca condotta in questa tesi si basa sull’utilizzo di tecniche di spettroscopia di risonanza magnetica per l’analisi delle concentrazioni di importanti metaboliti cerebrali quali: N-acetilaspartato (tNAA), composti contenenti colina (tCho), creatina totale (tCr), glutammato e glutammina (Glx), myo-Inositolo (mI). Tali metaboliti sono i principali studiati nell’uomo, in vivo, e possono essere quantificati sia con la tecnica di spettroscopia single-voxel sia quella multi-voxel. Il presente progetto di tesi mira a comprendere i meccanismi patologici del virus SARS-CoV-2 che è noto trasmettersi per via aerea o attraverso il contatto diretto di secrezioni umane producendo una varietà molto eterogenea di sintomi. Dopo la trasmissione, infatti, il soggetto può rimanere asintomatico, o manifestare sintomi come febbre, tosse, mal di gola, dispnea, malessere. In alcuni casi i sintomi possono persistere per settimane o mesi, originando la condizione clinica denominata Long COVID. Per questo motivo, in questa tesi sono state investigate le differenze metaboliche nel tronco encefalico tra soggetti sani, soggetti affetti da COVID-19 e da Long COVID. La spettroscopia single-voxel è stata quantificata nel tronco encefalico in quanto è stato dimostrato essere una struttura altamente colpita dal virus stesso. Le analisi hanno evidenziato un calo di creatina totale nei soggetti affetti da COVID-19 rispetto ai soggetti Long COVID. Tale riduzione potrebbe suggerire un aumento dell’attività metabolica nel tronco encefalico di soggetti recentemente guariti dal COVID-19. Questo ipermetabolismo potrebbe essere causato da meccanismi che compensano l’attività post-infiammatoria della corteccia e del cervelletto, oppure dal fatto che il tronco encefalico potrebbe essere l’ultima parte del sistema nervoso centrale coinvolta nel processo di recupero post-infiammatorio. Inoltre, è stata dimostrata la tendenza del myo-Inositolo, un osmolita implicato in processi metabolici, a diminuire nel tronco encefalico dei soggetti COVID-19 rispetto ai soggetti sani. Questo risultato supporta e rafforza l’ipotesi di ipermetabolismo del tronco encefalico nei soggetti recentemente guariti dal COVID-19. È altresì noto che l’infezione da COVID coinvolge tutto il sistema nervoso centrale, e non unicamente il tronco encefalico, motivo per cui in questo progetto è stato anche sviluppato un protocollo di spettroscopia multi-voxel per estendere l’analisi al cervelletto. In particolare, è stato sviluppato e applicato un protocollo di spettroscopia multi-voxel nel cervelletto di soggetti sani con l'obiettivo di ottenere le mappe spaziali di distribuzione metabolica. Successivamente, tali dati sono stati elaborati seguendo procedure avanzate di analisi che hanno permesso di correggere le concentrazioni dei diversi metaboliti per l’effetto di volume parziale (partial volume correction), cioè per il contributo dato dai diversi tessuti cerebrali. Questo approccio consente di ottenere risultati e quantificazioni più precise e riproducibili. In conclusione, il progetto di ricerca è stato sviluppato per migliorare la comprensione dei meccanismi patologici del virus che ha provocato un’epidemia globale nel 2020. È stata dimostrata l’utilità della spettroscopia nel rilevare la presenza di alterazioni metaboliche nei soggetti affetti da COVID-19, ed è stato sviluppato un protocollo avanzato di spettroscopia con l’obiettivo futuro di migliorare ed estendere l’analisi metabolica al cervelletto di soggetti con COVID-19 e Long COVID.