Imaging Biomarkers of Neurotoxicity in Welders

焊工神经毒性的成像生物标志物

基本信息

项目摘要

Abstract Manganese (Mn) is an established neurotoxicant that affects the same motor and cognitive brain pathways affected in Parkinson disease (PD), notably the nigrostriatal system. A large body of research, largely from our collaborative team, demonstrates that Mn-exposed workers have a clinical phenotype which overlaps substantially with PD, including Mn-dose-dependent progressive parkinsonism and nigrostriatal dysfunction on positron emission tomography (PET) brain imaging. In the first five years of the present PET imaging project, we used PET biomarkers of the dopaminergic system in the brain to establish that Mn-exposed workers had lower caudate binding of the PET radioligand 6-[18F]fluoro-L-dopa (FDOPA), as compared to non-exposed workers. These differences remained over five years of follow-up. We also found Mn-dose-dependent upregulation of dopamine type 2 receptor (D2R) binding, as measured by the radioligand [11C](N- methyl)benperidol (NMB), in the substantia nigra, the same region of the brain most dramatically affected in PD. In addition, we found an inverse Mn-dose-response association with thalamic (i.e., extrastriatal) [11C]dihydrotetrabenazine (DTBZ) binding, as well as a decline in DTBZ binding in caudate, putamen, and substantia nigra over time. More recently, our lab found evidence of Mn-induced neuroinflammation (microglial activation) in the brains of deceased Mn miners providing a potential mechanism for the in vivo findings in our welder cohort. This renewal builds on our previous studies by exploring the role of neuroinflammation in Mn- induced dopaminergic neurotoxicity. Our hypothesis is that Mn-induced progressive parkinsonism is a neurodegenerative disorder and is due to Mn-dose-dependent dopaminergic degeneration. We will perform repeat DTBZ and NMB PET imaging in research participants from our longitudinal Mn-exposed worker cohort who have already undergone baseline DTBZ and NMB scans to investigate the association between lifetime cumulative Mn exposure, informed by state-of-the-art neutron activated bone Mn quantication, and annual rate of change in DTBZ and NMB binding. We will also perform N-acetyl-N-(2-[(11)C]methoxybenzyl)-2-phenoxy-5- pyridinamine [(11)C]PBR28 (PBR28) PET imaging in these workers to characterize patterns of microglial activation in the same brain regions, and investigate the relationship between lifetime cumulative Mn exposure and PBR28 binding as a marker of neuroinflammation. We then will explore the role of neuroinflammation as a mediator of Mn-induced striatal degeneration. Finally, we enlarge our cohort to enrich for active workers and will perform longitudinal PET imaging to characterize the relation between lifetime cumulative Mn exposure and the annual rate of change in both striatal and extrastriatal binding/uptake of these radioligands between active and retired Mn-exposed workers. Successful completion of these aims will provide a unique opportunity to understand the mechanism of an important environmental nigrostriatal neurotoxicant and potentially inform the understanding of the environmental pathogenesis of PD.
抽象的 锰 (Mn) 是一种已知的神经毒物,会影响相同的运动和认知大脑通路 帕金森病 (PD) 受影响,尤其是黑质纹状体系统。大量的研究,大部分来自我们 协作团队证明,接触锰的工人具有重叠的临床表型 实质上与帕金森病有关,包括锰剂量依赖性进行性帕金森病和黑质纹状体功能障碍 正电子发射断层扫描(PET)脑成像。在当前 PET 成像项目的前五年中, 我们使用大脑中多巴胺能系统的 PET 生物标志物来确定接触锰的工人 与未暴露的相比,PET 放射性配体 6-[18F]氟-L-多巴 (FDOPA) 的尾状核结合较低 工人。这些差异在五年的随访中仍然存在。我们还发现锰剂量依赖性 通过放射性配体 [11C](N- 测量) 2 型多巴胺受体 (D2R) 结合的上调 甲基)苯哌啶醇(NMB),位于黑质,该区域是大脑中受影响最严重的区域。 PD。此外,我们发现锰剂量反应与丘脑(即纹状体外)呈负相关 [11C]二氢丁苯那嗪 (DTBZ) 结合,以及尾状核、壳核和核中 DTBZ 结合的下降 随着时间的推移黑质。最近,我们的实验室发现了锰诱导的神经炎症(小胶质细胞)的证据 已故锰矿矿工大脑中的激活)为我们的体内发现提供了潜在机制 焊工队列。这项更新建立在我们之前的研究的基础上,通过探索神经炎症在锰- 诱导多巴胺能神经毒性。我们的假设是,锰诱发的进行性帕金森病是一种 神经退行性疾病,是由于锰剂量依赖性多巴胺能变性所致。我们将表演 对来自我们纵向锰暴露工人队列的研究参与者重复 DTBZ 和 NMB PET 成像 已经接受基线 DTBZ 和 NMB 扫描以调查寿命之间的关联的人 累积锰暴露量,由最先进的中子激活骨锰定量和年率提供 DTBZ 和 NMB 结合的变化。我们还将进行 N-乙酰基-N-(2-[(11)C]甲氧基苄基)-2-苯氧基-5- 对这些工作人员进行吡啶胺 [(11)C]PBR28 (PBR28) PET 成像,以表征小胶质细胞的模式 相同大脑区域的激活,并研究终生累积锰暴露之间的关系 和 PBR28 结合作为神经炎症的标志物。然后我们将探讨神经炎症作为 锰诱导的纹状体变性的介质。最后,我们扩大了我们的队伍,以丰富活跃的工人和 将进行纵向 PET 成像,以表征终生累积锰暴露与 这些放射性配体之间纹状体和纹状体外结合/摄取的年变化率 以及退休的接触锰的工人。成功完成这些目标将为 了解重要的环境黑质纹状体神经毒物的机制,并可能为 了解 PD 的环境发病机制。

项目成果

期刊论文数量(4)
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A predictive model to identify Parkinson disease from administrative claims data.
从行政索赔数据中识别帕金森病的预测模型。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017-10-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Searles Nielsen, Susan;Warden, Mark N;Camacho;Willis, Allison W;Wright, Brenton A;Racette, Brad A
  • 通讯作者:
    Racette, Brad A
Neuromythology of Manganism.
锰的神经神话学。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Andruska, Kristin M;Racette, And Brad A
  • 通讯作者:
    Racette, And Brad A
Use of medical care biases associations between Parkinson disease and other medical conditions.
医疗护理的使用会导致帕金森病和其他医疗状况之间的关联存在偏差。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Gross, Anat;Racette, Brad A;Camacho;Dube, Umber;Searles Nielsen, Susan
  • 通讯作者:
    Searles Nielsen, Susan
Inflammatory bowel disease and risk of Parkinson's disease in Medicare beneficiaries.
医疗保险受益人的炎症性肠病和帕金森病风险。
  • DOI:
    10.1016/j.parkreldis.2018.02.008
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Camacho-Soto A;Gross A;Searles Nielsen S;Dey N;Racette BA
  • 通讯作者:
    Racette BA
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  • 发表时间:
    2024-06-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Osvaldo J Laurido;Irene M Faust;S. Nielsen;Brad A Racette
  • 通讯作者:
    Brad A Racette

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