Biomarcatori diagnostici e prognostici nella Sclerosi Multipla: un approccio multidimensionale

This PhD Thesis aims to explore the accuracy and clinical usefulness of different biomarkers in Multiple Sclerosis (MS), in order to favor their implementation in clinical practice. Among diagnostic ones, κ index, calculated as the ratio of CSF/serum κ free light chains to to CSF/serum albumin, proved to be specific and more sensitive than IgG oligoclonal bands (OCB) for the diagnosis of MS in some previous studies. However, the lack of a univocal cut-off value limited its use in clinical routine. The use of κ index in a cohort of 607 patients with different neurological diseases has allowed to make a diagnosis of MS with high sensitivity (80.0-86.8%) and specificity (88.1-92.9%) values with no significant differences for thresholds between 4.25-6.6 and with a higher diagnostic accuracy than IgG OCB, currently considered as the gold standard. Further, for each of 5 units in κ index values, the odds of being diagnosed with MS is expected to increase by more than two times. Among prognostic biomarkers, any has been validated so far: in the second part of this PhD Thesis, different types of potential prognostic markers for MS have been investigated. Among demographics and clinical risk factors (sex, age at diagnosis, disease duration, EDSS score, choice of moderate or high efficacy treatment as first therapeutic option, early optimal/suboptimal treatment response), collected and evaluated in a cohort of 3797 patients with relapsing-remitting MS (RRMS) from MSBase International Registry, a suboptimal treatment response in the first six months after treatment start has proved to be the most relevant risk factor for all the explored outcomes in a period of 5 years, including risk of clinical relapses, confirmed disability worsening, conversion to secondary progressive MS (SPMS), achievement of EDSS 3.0 and 6.0, new lesions at brain and spinal MRI scans. In a study involving 487 patients newly diagnosed with MS, RNFL thickness measured with the use of OCT has demonstrated to be a predictor of physical and cognitive disability within 3 years. Particularly, lower RNFL thickness values were reported in patients with primary progressive MS (PPMS) compared with RRMS, and values lower than 88 micrometers have been associated to a five-fold and three-fold higher risk of physical disability and cognitive impairment. Finally, CSF NFL measured at the time of MS diagnosis in a cohort of 244 patients with an at-least 3 year-follow-up, despite being considered a promising prognostic biomarker since reflecting acute axonal loss, has proved to be a predictor of short-term clinical and radiological disease activity more than a long-term prognostic one, and is not associated to EDSS worsening or cognitive performance at the Symbol Digit Modalities Test (SDMT). Comprehensively, results from this PhD Thesis support the implementation of κ index in clinical practice for diagnostic purpose, since this biomarker provides high diagnostic accuracy with the further advantage of being measured with cost-effective, easy, rapid, operator-independent semiautomated nephelometric assay. Being a quantitative variable, κ index has the further advantage of assessing the probability of MS diagnosis for each unit increment, saving about 62.5% of costs and taking about 18 times less than the analysis of IgG OCB for the entire study population. For prognostic purpose, the measurement of RNFL thickness is predictive for the development of cognitive and physical disability and only requires a rapid and non-invasive examination, favoring its implementation in clinical practice. Differently, the analysis of CSF NFL, due to the high cost and complexity with the use of single molecule array technology (Simoa), does not seem to be suitable for clinical use at present and has failed in exhibiting a real prognostic value. Finally, the timely and early use of highly-effective disease-modifying drugs and the achievement of an optimal treatment response has turned out to be the most relevant prognostic factors for most of the outcomes explored and should be carefully pursued in the management of RRMS. Nevertheless, with respect to the novel concept of one-MS, whose progression seems both related to relapsing associated worsening (RAW) and independent of relapse activity (PIRA), other studies are required to identify new biomarkers and drugs which can impact the not-inflammation-related mechanisms of neurodegeneration.

La presente Tesi si prefigge lo scopo di valutare l'accuratezza diagnostica e l'utilità clinica di diversi biomarcatori nell'ambito della Sclerosi Multipla (SM), al fine di una possibile implementazione di questi ultimi nella pratica clinica. In ambito diagnostico, il κ index, calcolato come rapporto tra il quoziente delle catene leggere κ e dell'albumina su liquor e siero, ha dimostrato in alcuni studi preliminari di essere adeguatamente specifico e maggiormente sensibile rispetto al riscontro delle bande oligoclonali di IgG su liquor per la diagnosi di SM, ma l'assenza di un cut-off univoco ne ha finora ostacolato l'utilizzo in ambito clinico. I risultati della valutazione, condotta su un campione di 607 pazienti affetti da differenti patologie neurologiche, inclusa la SM, hanno evidenziato elevati valori di sensibilità (80.0-86.8%) e di specificità (88.1-92.9%), in assenza di differenze statisticamente significative, per un range di valori compreso tra 4.25-6.6, con un'accuratezza diagnostica superiore a quella delle bande oligoclonali di IgG, attuale gold standard diagnostico. Inoltre, per ogni incremento di 5 unità del κ index, la probabilità di ricevere diagnosi di SM aumenta di oltre 2 volte nella popolazione oggetto di studio. In ambito prognostico, non esistono ad oggi biomarcatori validati: nella seconda parte di questa Tesi è stata valutata l'accuratezza di diversi marcatori prognostici nell'ambito della SM. Tra i fattori di rischio demografici e clinici (sesso, età all’epoca della diagnosi, durata di malattia, punteggio attribuito secondo la scala EDSS, impiego di un trattamento ad elevata o moderata efficacia come prima scelta terapeutica, risposta precoce ottimale o subottimale al primo trattamento usato), valutati in una popolazione di 3797 pazienti con SM recidivante-remittente reclutati dal registro internazionale MSBase, la risposta subottimale nei primi sei mesi al trattamento modificante il decorso della malattia sembra essere il fattore di rischio maggiore per tutti gli outcome valutati nello studio in un periodo di 5 anni, inclusi rischio di ricadute cliniche, peggioramento della disabilità fisica, conversione in fenotipo secondariamente progressivo (SMSP), raggiungimento di un punteggio EDSS pari a 3.0 o 6.0, nuove lesioni alla risonanza magnetica dell’encefalo e del midollo spinale. In uno studio condotto su 487 pazienti con recente diagnosi di SM, lo spessore dello strato delle fibre nervose retiniche (RNFL), misurato con l'utilizzo della tomografia a coerenza ottica (OCT), ha dimostrato di essere un promettente predittore di sviluppo di disabilità fisica e cognitiva nell’arco dei successivi tre anni. In particolare, un ridotto spessore di RNFL, più severo nei pazienti con fenotipo primariamente progressivo (SMPP) rispetto ai pazienti con SM recidivante-remittente (SMRR), è stato associato ad un rischio cinque volte maggiore di disabilità fisica e tre volte maggiore di deterioramento cognitivo per valori inferiori a 88 micrometri. Infine, la concentrazione liquorale dei neurofilamenti (NFL) misurata al momento della diagnosi di SM, pur essendo stata a lungo considerata un promettente biomarcatore prognostico in quanto associata al danno assonale acuto, ha dimostrato di essere un predittore indipendente di attività clinica e radiologica nei successivi due anni, ma non di peggioramento del punteggio EDSS o della performance cognitiva al Symbol Digit Modalities Test (SDMT), in una coorte di 244 pazienti reclutati tra il 2005 e il 2015 con un follow-up compreso fra i tre e i dodici anni. Complessivamente, i risultati della presente Tesi supportano, tra i biomarcatori diagnostici, la validità e utilità clinica del κ index, che può essere misurato in modo rapido, semplice, economico e operatore indipendente mediante l’utilizzo di nefelometri semiautomatizzati. Trattandosi di una variabile quantitativa, è possibile inoltre predire la probabilità di diagnosi di SM in base all’incremento unitario di questo biomarker, che richiederebbe un tempo di analisi 18 volte inferiore e ridurrebbe i costi del 60% rispetto all’analisi delle bande oligoclonali di IgG in tutti i pazienti. Tra i biomarcatori prognostici, la misura dello spessore del RNFL mediante OCT si è rivelata utile e di facile e rapida determinazione, favorendone l’implementazione nel percorso diagnostico e nel follow-up dei pazienti con SM. Diversamente, il dosaggio della concentrazione dei NFL su liquor, che richiede un esame invasivo per la raccolta del fluido biologico ed elevati costi per l’analisi laboratoristica mediante single molecule array technology (Simoa), non sembra essere particolarmente utile ai fini prognostici nel lungo periodo, seppur abbia dimostrato di essere un valido marker di attività di malattia nel breve termine. Infine, l’utilizzo precoce di farmaci ad elevata efficacia, con lo scopo di ottenere una risposta ottimale già nei primi sei mesi dalla diagnosi di SM, sembra essere in atto il fattore protettivo più rilevante nei confronti del rischio di peggioramento clinico. Alla luce delle recenti evidenze sulla duplice origine dello sviluppo di disabilità nella SM, solo in parte legata all’infiammazione ed in parte indipendente dall’attività di malattia clinica (PIRA), è necessario che altri biomarkers e terapie specifiche siano studiati e sviluppati, rispettivamente per rilevare e contrastare il meccanismo della neurodegenerazione.