DECOMPOSE-QSM: RUOLO DELLA MAPPA PARAMAGNETICA COME BIOMARCATORE RADIOLOGICO NELLE MALATTIE DEL MOTONEURONE

Abstract

La Sclerosi Laterale Amiotrofica (SLA) è una malattia neurodegenerativa fatale caratterizzata dalla perdita di motoneuroni superiori (UMN) e inferiori (LMN). La mancanza di biomarcatori specifici limita ancora la diagnosi precoce e il monitoraggio. La Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) si è dimostrata utile nel rilevare alterazioni microstrutturali legate a disfunzioni del metabolismo del ferro, elemento coinvolto nella neurodegenerazione. Tuttavia, la QSM convenzionale non consente di distinguere il contributo paramagnetico (ferro) da quello diamagnetico (mielina). La tecnica DECOMPOSE-QSM permette di separare la suscettibilità totale nelle sue componenti paramagnetica (PCS) e diamagnetica (DCS), offrendo un potenziale aumento della specificità diagnostica nella SLA. Questo studio ha valutato la fattibilità e il valore diagnostico della PCS come biomarcatore di degenerazione dei motoneuroni superiori. Sono stati inclusi 27 pazienti con malattia del motoneurone (13 SLA classica, 6 UMN, 8 LMN) e 17 controlli, sottoposti a MRI 3T. Le mappe PCS e QSM sono state analizzate in tre regioni corticali motorie (arti inferiori, superiori e area orofacciale) Rispetto ai controlli, i pazienti con coinvolgimento UMN hanno mostrato un aumento significativo della PCS, in particolare nel lobulo paracentrale e nel giro precentrale superiore. L’asimmetria della PCS rispecchiava il lato d’esordio clinico. Le analisi ROC hanno evidenziato una maggiore accuratezza discriminativa della PCS (AUC 0.80–0.87) rispetto alla QSM totale (0.68–0.75). Ciò suggerisce che la componente paramagnetica rappresenta un indicatore più sensibile e specifico dell’accumulo di ferro corticale associato al danno dell’UMN. Questi risultati mostrano che DECOMPOSE-QSM è applicabile in vivo nella SLA e che la PCS rappresenta un potenziale biomarcatore radiologico, sensibile e specifico, della degenerazione dei motoneuroni superiori.

Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease characterized by the degeneration of upper (UMN) and lower motor neurons (LMN). The lack of specific biomarkers still limits early diagnosis and disease monitoring. Quantitative Susceptibility Mapping (QSM) has shown promise in detecting microstructural alterations related to iron dysregulation, a process implicated in ALS pathology. However, conventional QSM reflects a combined effect of paramagnetic (iron) and diamagnetic (myelin) sources, hindering biological interpretation. DECOMPOSE-QSM enables the separation of total susceptibility into paramagnetic (PCS) and diamagnetic (DCS) components, potentially increasing the diagnostic specificity of MRI in ALS. This study assessed the feasibility and diagnostic value of PCS as a radiological biomarker of UMN degeneration. Twenty-seven patients with motor neuron disease (13 classical ALS, 6 UMN, 8 LMN) and 17 healthy controls underwent 3T MRI. PCS and QSM maps were analyzed in three motor cortical regions (lower limb, upper limb, orofacial). Patients with UMN involvement showed significantly increased PCS compared with controls, particularly in the paracentral lobule and superior precentral gyrus. PCS asymmetry reflected the clinical side of symptom onset. ROC analyses demonstrated a superior discriminative performance of PCS (AUC 0.80–0.87) compared with total QSM (0.68–0.75). This indicates that PCS represents a more sensitive and specific marker of cortical iron accumulation associated with UMN damage. No significant differences in either PCS or QSM were observed in LMN-only patients relative to controls, supporting the notion that paramagnetic alterations are specific to cortical involvement. These findings demonstrate the feasibility of DECOMPOSE-QSM in vivo in ALS and support PCS as a sensitive and specific imaging marker of cortical iron-related pathology. PCS may represent a promising biomarker for detecting and monitoring UMN degeneration.