Primer headache disorders: Structural and functional biomarkers  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
104715
Type PD
Principal investigator Kincses, Zsigmond Tamás
Title in Hungarian Primer fejfájás betegségek: Struktúrális és funkcionális biomarkerek
Title in English Primer headache disorders: Structural and functional biomarkers
Keywords in Hungarian migrén, cluster fejfájás, DTI, fMRI,
Keywords in English migraine, cluster headache, DTI, fMRI
Discipline
Neurology, cerebrovascular disorders, psychiatry and mental health (Council of Medical and Biological Sciences)80 %
Ortelius classification: Neurology
Biological basis of neurological and psychiatric disorders (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Neuroinformatics
Panel Neurosciences
Department or equivalent Department of Radiology (University of Szeged)
Starting date 2012-10-01
Closing date 2016-03-31
Funding (in million HUF) 7.545
FTE (full time equivalent) 2.34
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A primer fejfájás betegségek, köztük a migrén és a cluster fejfájás különös jelentősséggel bírnak. Bár közvetlenül az életet nem veszélyeztetik, mégis megkeserítik a beteg életét, meggátolják a munkavégzést, a társadalom életében való aktív résztvételt. Mivel a népesség jelentős részében jelen vannak (migrén esetében ez a szám közel 10%) jelentős szocio-ökonómiai hatása van. A betegség pathomechanizmusáról bár sokat tudunk, sok részlet még ismeretlen, és megfelelő markerek is hiányoznak, melyek alkalmasak lehetnek az esetleges kezelési módok hatásosságának a felmérésére. A mágneses képalkotó vizsgálatok (MRI) az utóbbi időben jenetős előrrelépést hoztak. Mások mellett, a mi csoportunk is azonosított struktúrális eltéréseket migrénes betegekben. A jelen vizsgálatok célja, hogy ezen potenciális biomarkereket továbbfejlesszük, a pathomechanizmussal való összefüggésüket jobban megértsük.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A célunk az, hogy a jobban megismerjük a képalkotó biomarkerek jenetőségét primer fejfájás betegségekben és közelebb kerüljünk a fejfájások pathomechanizmusához. A következő öt kérdésre keressük a választ:
1. A fehérállományi mikrostruktúrális elváltozások migrénspecifikusak, vagy általában a fájdalomhoz kapcsolhatók?
A korábbi DTI vizsgálatunkat fogjuk megismételni két pozitív kontroll csoportban: cluster fejfájásos és lumbagós betegek csoportjában.
2. A migrénben tapasztalt fehérállományi dezintegráció együtt jár-e struktúrális kapcsolatok erősségének megváltozásával? A maladaptiv változások együtt járnak-e a struktúrális kapcsolatok megerősödésével?
A korábban felvett DTI adatokat fogjuk újrafeldolgozni és valószínűségi traktográfiával meghatározott kapcsolatok erősségét összehasonlítani a vizsgált csoportokban a fájdalom mátrixon belül.
3. A nyugalmi fMRI hálózatok expressziója megváltozik-e migrénben és ez együtt változik-e a mikrostruktúrával?
Független komponenes analízissel fogjuk a nyugalmi fMRI adatokat értékelni és meghatározni azok expresszióját a csoportokban.
4. Az ismételt fájdalmas rohamok, a migrén chronifikációja vezet-e struktúrális változásokhoz a subcortikális szürkeállományban?
Deformálható model-alapú szegmentációval fogjuk meghatározni a szubcortikális struktúrákat és összehasonlítani azok méretét a csoportokban és korreláltatni a rohamfrekvenciával és allodynia fokával.
5. A mikrosturktúrális elváltozások összefüggenek-e neuronális vagy gliális sérüléssel?
A neuronális és gliális sérülés molekuláris markereit (NSE, S100B) és a kynurenin rendszer metabolitjainak szintjét fogjuk összehasonlítani az MRI mikrostruktúrális markerekkel.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A fejfájás betegségek kezelésének fejlesztése előtt egy igen fontos probléma megoldása áll. Szenzitív és specifikus biomarkerekre van szükség, hogy a therapia hetékonyságát monitorizálni lehessen. Ez különösen akkor fontos, ha tudjuk, hogy a betegség nem csak ictális funkcionális változásokkal jár együtt, de a hosszantartó betegség morphológiai elváltozásokat is magával hoz. Ezek a biomarkerek nem csak a betegség chronifikációjának megértésében fontosak, de therapiák kifejlesztésében is alapvető szerepük van.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A primer fejfájás betegségek, köztük a migrén és a cluster fejfájás különös jelentősséggel bírnak. Bár közvetlenül az életet nem veszélyeztetik, mégis megkeserítik a beteg életét, meggátolják a munkavégzést, a társadalom életében való aktív résztvételt. Mivel a népesség jelentős részében jelen vannak (migrén esetében ez a szám közel 10%) jelentős szocio-ökonómiai hatásuk van.
Hatásos kezelési lehetőségek kifejlesztésének egyik akadálya, hogy nem ismertek a betegésgnek megbízható markerei, nehéz megmondani, hogy eg kezelés hatékony-e. Ez különösen akkor fontos, ha tudjuk, hogy a betegség nem csak a fejfájásos rohamokkal jelentkezik, de a hosszútávú betegség az agy struktúrájában is változásokat is okoz.
A közelmúltban közölt MRI vizsgálataink azt mutatták, hogy migrénes betegek agyának fehérállománya megváltozik. Ezen eredményeket fontos továbbgondolni a következő kérdések mentén:
• Az észlelt elváltozások migrén-specifikusak-e, vagy megtalálhatók más fejfájás, vagy egyéb fájdalom szindrómákban is?
• Ezek a fehérállományi elváltozások együtt járnak-e azzal, hogy egyes agyterületek kapcsolaterőssége megváltozik?
• Az agy nyugalmi aktivitása megváltozik-e a betegségtől?
• Az ismételt fájdalmas rohamok megváltoztatják-e az agyban észlelhető magcsoportok (kapcsolóstruktúrák) méretét?
• Az MRI-vel észlelt elváltozások együtt járnak-e a vérben mérhető idegsejt károsodás jeleivel?
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The primary headache disorders, such as migraine and cluster headache, have special importance. While not life-threatening the disorders confer considerable disability, rob quality of life and because of the commonness bear enormous socio-economic burden. A lot is known about the diseases but complex pathomechanisms are not yet entirely understood. Moreover, specific and reliable biomarkers that could monitor the effectivity of possible therapeutic approaches are not yet known. In this respect, magnetic resonance imaging (MRI) brought a significant progress. Next to others, our group has recently showed white matter microstructural alterations in migraineurs. The aim of the current investigations to continue the development of imaging biomarkers in primary headache disorders and to understand the relation of theses markers to the pathomechanism.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Our aim is to extend our knowledge about the imaging biomarkers in primary headache disorders and deepen our understanding about the pathomechanism of headache. We will seek the answer for five questions:
1. Are white matter microstructural changes migraine specific or generally related to pain?
Our former DTI study will be repeated with two positive control groups of cluster headache and low-back pain patients.
2. Does white matter desintegration in migraine come with structural disconnection in the pain network? Alternatively, can we reveal stronger connectivity due to maladaptive plasticity in the pain network?
The formerly acquired DTI data will be reanalysed and connectivity as measured with probabilistic tractography between key areas of the pain matrix will be compared between groups.
3. Are white matter microstructural alterations in migraine related to functional abnormalities as measured with resting state fMRI?
Independent component analysis will be used to identify resting state fMRI networks in migraineurs and controls. The expression of these will be compared between groups.
4. Are repeated painful attacks and chronification of migraine related to macroscopic structural alterations?
Deformable-model-based segmentation approach will be used to segment the subcoritcal structures and those will be compared accross groups and correlated with attack frequency and allodynia scores.
5. Are (micro)structural alterations related to neuronal/glial damage?
Markers of neuronal and/or glial damage (S100B and NSE) and the concentration of kynurenine metabolites will be compared to the microstructural alterations we found in our former DTI study.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
The development of novel therapeutic approaches for headache disorders has a key question to be answered. Reliable and sensitive biomarkers have to be developed to monitor the effectivity of therapy. It is especially important when headache comes with not only ictal functional changes, but also the long lasting disease result in morphological changes. These biomaerkers are important to understand the mechanism of chronification and in the development of novel therapeutic approaches.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
The primary headache disorders, such as migraine and cluster headache, have special importance. While not life-threatening the disorders confer considerable disability, rob quality of life and because of the commonness bear enormous socio-economic burden. Specific and reliable biomarkers that could monitor the effectivity of possible therapeutic approaches are not yet known. These are especially important if one knows that long-lasting disease comes along with changes in brain structure.
Our recent investigations showed that there are specific alterations in the white matter of migraine patients. Further investigations are warranted along the following questions:
• Are white matter alterations we found migrain specific? Are similar alterations present in cluster headache or other pain syndrome?
• Are white matter microstructural alterations come along with altered connectivity between brain regions important for pain perception?
• Does the MRI measured resting brain activity altered in migraine?
• Do repeated painful attacks result in change of size of subcortical brain structures?
• Do MRI detectable alterations come along with signs of neuronal or glial damage as measured by molecular markers from the serum?




 

Final report

  
Results in Hungarian
Vizsgálatinkban megmutattuk, hogy cluster fejfájásban és aurás migrénben a nem aurás migrénhez hasonló, de annál jóval kiterjedtebb fehérállományi mikrostruktúrális elváltozások észlelhetők (Szabo et al., 2012)(Szabo et al., submitted). A migrén fejfájásban a thalamus méretének növekedését észleltük (Szabo et al., in prep). A vizsgálat közben derült fény rá, hogy a nem és az életkor szignifikáns hatással van a subcorticalis struktúrák méretére (Kiraly et al., 2015). Vizsgálataink azt mutatták, hogy egészségesek esetében a subcorticalis struktúrák mérete független egymástól (Stepan-Buksakowska et al., 2013) de cluster fejfájásban korrelációt találtunk a subcorticalis struktúrák mérete között (Kiraly et al., submitted). Egy új módszerrel, mely a nyugalmi fMRI aktivitás frekvenciáját és amplitúdóját egyaránt figyelembe veszi (Farago et al., submitted-b) migrénesek és cluster fejfájásban szenvedő betegek esetében is lényeges eltéréseket találtunk (Farago et al., in prep). A Richter Gedeon Nyrt-vel együttműködésben egy krónikus migrén modelben az anterior cinguláris kéreg túlműködését igazoltuk a fájdalom krinifikációjával párhuzamosan (Spisak et al., submitted). Megmutattuk, hogy a PACAP-38 szint migrénes betegek interiktális vérében csökkent (Tuka et al., 2013) és ez korrelál az intrathalamicus fehérállomány mikrostruktúrájával (Vereb et al., in prep). Az irodalommal ellentétben, migrénesekben nem találtunk megváltozott glialis vagy neuronális serum markereket.
Results in English
We showed that microstructural disintegration is identifiable in cluster headache (Szabo et al., 2013) and in migraineurs with aura (Szabo et al., submitted), and these are even more extensive than those we have formerly published in non-aura migraine patients (Szabo et al., 2012). In migraine we found enlarged thalami. During this investigation we understood that age and gender are significant cofactors (Kiraly et al., 2015). We also identified that in healthy there is no correlation between the sizes of the subcortical structures (Stepan-Buksakowska et al., 2013), but correlation develops in cluster headache patients (Kiraly et al., submitted). We introduced a novel approach investigating the amplitude and frequency distribution of the BOLD resting state fluctuations (Farago et al., submitted-b). With this approach we have been able to confirm alterations in the resting state BOLD fluctuations in cluster headache patients (Farago et al., submitted-a) and in migraineurs with aura (Farago et al., in prep). Functional consequences of chronification of pain was investigated in a rat model in collaboration with the Preclinical Imaging Center of Gedeon Richter Plc (Spisak et al., submitted). We showed that the 38 PACAP-38 serum concentration is lower in the interictal phase in migraineurs (Tuka et al., 2013) and it is correlating with the diffusion parameters of the intrathalamic white matter (Vereb et al., in prep).
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=104715
Decision
Yes





 

List of publications

  
Hořínek D, Štěpán-Buksakowska I, Szabó N, Erickson BJ, Tóth E, Šulc V, Beneš V, Vrána J, Hort J, Nimsky C, Mohapl M, Roček M, Vécsei L, Kincses ZT.: Difference in white matter microstructure in differential diagnosis of normal pressure hydrocephalus and Alzheimer's disease, Clin Neurol Neurosurg. 2016 Jan;140:52-9., 2016
Péter Kaposvari, Gergő Csete, Anna Bongnár, Péter Csibri, Eszter Tóth, Nikoletta Szabó, László Vécsei, Gyula Sári, Zsigmond Tamás Kincses: Audio-visual integration through the parallel visual pathways, Brain Research, 2015
András Király, Nikoletta Szabó, Eszter Tóth, Gergő Csete, Péter Faragó, Krisztián Kocsis, Anita Must, László Vécsei, Zsigmond Tamás Kincses: Male brain ages faster: The age and gender dependence of subcortical volumes, Brain Imaging and Behaviour, 2015
András Király, Zsigmond Tamás Kincses, Nikoletta Szabó, Eszter Tóth, Gergő Csete, Péter Faragó, László Vécsei: Gray Matter Atrophy in Presymptomatic Huntington’s Patients, Ideggyógyászati Szemle, 2015
Zsigmond Tamás Kincses, ∗Dávid Vadász, Dezső Németh, Karolina Janacsek, Nikoletta Szabó, Lívia Dézsi, Babos Magor., Erika Vörös, László Vécsei: Hyperglycaemic hemiballismus: Immplication from connectivity analysis, Idegyógyászati Szemle, 2015
Zsigmond Tamás Kincses András Király, Dániel Veréb, László Vécsei: Structural Magnetic Rsonance Imaging Markers of Alzheimer’s Disease and Its Retranslation to Rodent Models, Journal of Alzheimer's Disease, 2015
Kincses ZT, Horinek D, Szabo N, Toth E, Csete G, Stepan-Buksakowska I, Hort J, Vecsei L: The pattern of diffusion parameter changes in Alzheimer's disease, identified by means of linked independent component analysis., J ALZHEIMERS DIS 36: (1) 119-128, 2013
Kincses, Z.T., Horinek, D., Szabo, N., Toth, E., Csete, G., Stepan-Buksakowska, I., Hort, J., Vecsei, L.: The pattern of diffusion parameter changes in Alzheimer's disease, identified by means of linked independent component analysis., J Alzheimers Dis, 2013
Kincses, Z.T., Spisak, T., Szabo, N., Toth, E., Csete, G., Emri, M., Vecsei, L.: Funkcionális hálózatok fejfájás betegségekben., Magyar Fejfájás Társaság XX. Kongresszusa, Siófok, 2013
Stepan-Buksakowska, I., Szabo, N., Horinek, D., Toth, E., Hort, J., Warner, J., Charvat, F., Vecsei, L., Rocek, M., Kincses, Z.T: Cortical and Subcortical Atrophy in Alzheimer Disease: Parallel Atrophy of Thalamus and Hippocampus., Alzheimer Dis Assoc Disord., 2013
Szabo, N., Kincses, Z.T., Pardutz, A., Toth, E., Szok, D., Csete, G., Vecsei, L.: White matter disintegration in cluster headache., J Headache Pain, 2013
Toth, E., Tuka, B., Szabo, N., Kincses, Z.T., Tajti, J., Vecsei, L.: Molekuláris és Imaging Biomarkerek Összefüggése Migrénben., Magyar Fejfájás Társaság XX. Kongresszusa, Siófok., 2013
Tuka, B., Helyes, Z., Markovics, A., Bagoly, T., Szolcsanyi, J., Szabo, N., Toth, E., Kincses, Z.T., Vecsei, L., Tajti, J.,: Alterations in PACAP-38-like immunoreactivity in the plasma during ictal and interictal periods of migraine patients., Cephalalgia, 2013
Zsigmond Tamás Kincses, Nikoletta Szabó, Eszter Tóth, Dénes Zádori, Péter Faragó, Dezső Németh, Karolina Janacsek, Magor Babos, Péter Klivényi, László Vécsei: Diffusion MRI Measured White Matter Microstructure as a Biomarker of Neurodegeneration in Preclinical Huntington’s Disease, http://www.elitmed.hu/kiadvanyaink/ideggyogyaszati_szemle/, 2014
Kincses Zsigmond Tamás, Tóth Eszter, Bankó Nóra, Veréb Dániel, Szabó Nikoletta, Csete Gergő, Faragó Péter, Király András, Bencsik Krisztina, Vécsei László: Gray matter atrophy in patients suffering from multiple sclerosis, Ideggyogy Sz 2014;67(9–10):293–300., 2014
Csete G, Szabo N, Rokszin A, Toth E, Braunitzer G, Benedek G, Vecsei L, Kincses ZT: White matter microstructural investigation of coherent motion perception with diffusion MRI, EUR J NEUROL 21: (1) 607, 2014
Csete G, Szabo N, Rokszin A, Toth E, Braunitzer G, Benedek G, Vecsei L, Tamas Kincses Z: An investigation of the white matter microstructure in motion detection using diffusion MRI., BRAIN RES 1570: 35-42, 2014
Farago P, Szabo N, Kiraly A, Csete G, Toth E, Bencsik K, Vecsei L, Kincses ZT: Reduced activity of resting state networks in multiple sclerosis, EUR J NEUROL 21: (1) 309, 2014
Kiraly A, Kincses ZT, Szabo N, Toth E, Csete G, Farago P, Pardutz A, Tajti J, Szok D, Vecsei L: Micro and macrostructural alteration of the subcortical structures in cluster headache: a neuroimaging study, EUR J NEUROL 21: (1) 609, 2014
Stepan-Buksakowska I, Szabó N, Hořínek D, Tóth E, Hort J, Warner J, Charvát F, Vécsei L, Roček M, Kincses ZT: Cortical and subcortical atrophy in alzheimer disease: Parallel atrophy of thalamus and hippocampus, ALZ DIS ASSOC DIS 28: (1) 65-72, 2014
Toth E, Kincses ZT, Szabo N, Csete G, Kiraly A, Farago P, Bencsik K, Vecsei L: Subcortical atrophy and its relation to the white matter microstructural alterations in multiple sclerosis, EUR J NEUROL 21: (1) 610, 2014
David Kis, Adrienn Máté, Tamas Kincses, Lóránd Erőss, Péter Klivényi, Pál Barzó: Validation Of The Electrodes’ Location By Probabilistic Tractography In Parkinson’s Disease Patients Who Underwent Bilateral Subthalamic Deep Brain Stimulation (DBS) Surgery, STEREOT FUNCT NEUROS 91: (Suppl 1) 29, 2013
David Kis, Adrienn Máté, Tamas Kincses, Péter Klivényi, Pál Barzó: Changes And Differences Of The Tremor Network In Tremor And Non - tremor Dominant Parkinson’s Disease Patients Revealed By Probabilistic Tractography, STEREOT FUNCT NEUROS 91: (Suppl 1) 211, 2013
Kincses ZT, Szabó N, Tóth E, Zádori D, Faragó P, Németh D, Janacsek K, Babos M, Klivényi P, Vécsei L: Diffusion MRI measured white matter microstructure as a biomarker of neurodegeneration in Preclinical Huntington’s disease., IDEGGYÓGYÁSZATI SZEMLE 66: (11-12) 399-405, 2013
Szabo N, Kincses ZT, Pardutz A, Toth E, Szok D, Csete G, Vecsei L: White matter disintegration in cluster headache., J HEADACHE PAIN 14: (1) , 2013
Tuka B, Helyes Zs, Markovics A, Bagoly T, Szolcsányi J, Szabó N, Tóth E, Kincses Zs T, Vécsei L, Tajti J: Alterations in PACAP-38-like immunoreactivity in the plasma during ictal and interictal periods of migraine patients., CEPHALALGIA 33: (13) 1085-1095, 2013
Zsiros V, Sandi D, Füvesi J, Kincses ZT, Fricska-Nagy Z, Karácsony M, Huszka H, Lencsés G, Vécsei L, Bencsik K: Lifetime hazard of patients with multiple sclerosis according to the database of the Deaprtment of Neurology at the University of Szeged between 1993 and 2013, J NEUROL 260: (Suppl1) , 2013




 

Events of the project

  
2020-02-18 08:49:03
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Neurológiai Klinika (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Radiológiai Klinika (Szegedi Tudományegyetem).



Back »