Blodmarkörer för hjärnskakning - hur fungerar de och kan vi använda dem i idrotten? Henrik Zetterberg, MD, PhD Professor of Neurochemistry University of Gothenburg and University College London
Hur skulle man kunna använda biomarkörer för hjärnskakning praktiskt? Detektera hjärnskada efter smäll mot huvudet Förutsäga/monitorera läkprocessen Avgöra när hjärnan läkt färdigt Undersöka personer med långvariga symptom efter hjärnskakning föreligger biokemiska tecken på hjärnpåverkan?
Biomarkörer av potentiell relevans för hjärnskakning Neurogranin SNAP25 Dendrites NSE, SBPDs and UCHL1 P-tau NF-L Tau Axon terminals Neuronal soma Astroglial cell Brain capillary Axon S100B MBP GFAp Interleukins/cytokines TREM2 Chitotriosidase MCP-1 APP and A Amyloid plaques CSF/serum albumin ratio Missing: TDP-43 α-syn
Långtidseffekter efter upprepade hjärnskakningar? Blennow et al., 2016
Provtyper Brain CSF Blood Proximity to disease Accessibility Concentration of analyte Proteolytic degradation
Likvorfysiologi Plexus choroideus Sinus sagitalis superior Subarachnoidal space Arachnoidal villi Plexus choroideus Plexus choroideus Subarachnoidal space Total volume 150 ml, production rate 20 ml per hour You can sample 20-30 ml without any problem
Blod-hjärnbarriären Brain Blood Cerebrospinal fluid The blood-brain barrier
CSF-markörer vid boxning Study design: CSF samples 14 amateur (olympic) boxers 10 healthy age-matched controls (non-athletes) A) After bout (7-10 days) B) After a rest period (3 months)
Hjärnskademarkörer i likvor efter boxningsmatch och efter vila After bout After rest = 7-10 days after bout = > 3 months rest from sparring + bouts NFL GFAp Tau 4000 1000 1000 800 3000 600 2000 500 400 1000 200 0 Control 0 After bout After rest Control After bout After rest 0 Control After bout After rest Zetterberg et al, Arch Neurol 2006
Inga tecken på Alzheimer-patologi
CSF-markörer vid boxning (igen) Study design: CSF samples 30 amateur (olympic) boxers 25 healthy age-matched controls A) After bout (1-6 days) B) After a rest period (> 2 weeks)
Samma resultat igen 3000 High CSF NFL ( > 125 pg/ml) 2000 Boxers after bout 25/30 83 % NFL/(ng/L) Boxers at follow-up 13/25 52 % Controls 1/25 4 % 1000 0 Control After bout Neselius et al, PLoS ONE 2012
Inga tecken på Alzheimerpatologi Neselius et al, PLoS ONE 2012
4000 CSF NfL dynamics: Knockout, amateur boxer, +91 kg CSF-NFL/(pg/mL) 3000 2000 1000 One light bout broken thumb 0 KO, April 2012 Neselius et al., 2015
CSF NfL är en dynamisk biomarker normalisering vid effektiv behandling Gunnarsson M et al. Axonal damage in relapsing multiple sclerosis is markedly reduced by natalizumab. Ann Neurol 2011; 69: 83 89.
CSF NfL är en dynamisk biomarker normalisering vid effektiv behandling (weeks) Unpublished
CSF NfL är en dynamisk biomarker normalisering vid effektiv behandling Subject 5383 (PHI) HIV RNA (log 10 copies/ml) CSF RNA 6 P RNA CD4 4 2 0 ART 44 46 48 50 52 54 56 1500 1000 500 350 0 CD4 (cells/ L) Log CSF NFL (ng/l) CSF NFL 3.0 2.5 ART 2.0 44 46 48 50 52 54 56 Age Gisslén et al., unpublished
CSF NfL är en dynamisk biomarker normalisering vid effektiv behandling Subject 5552 HIV RNA (log 10 copies/ml) 8 CSF RNA P RNA 800 CD4 6 600 4 400 350 2 200 0 ART 0 30 32 34 36 38 40 3.5 CD4 (cells/ L) Log CSF NFL (ng/l) 3.0 2.5 2.0 ART CSF NFL 30 32 34 36 38 40 Age Gisslén et al., unpublished
CSF NfL är en dynamisk biomarker normalisering vid effektiv behandling Subject 51126 (HAD) HIV RNA (log 10 copies/ml) 8 CSF RNA P RNA 1000 CD4 6 4 500 350 2 0 ART 0 46 48 50 52 54 CD4 (cells/ L) Log CSF NFL (ng/l) 4.0 CSF NFL 3.0 ART 2.0 46 48 50 52 54 Age Gisslén et al., unpublished
Hur ser det ut hos hockeyspelare med långvariga symptom efter upprepade hjärnskakningar? Resultat från SHL
Hur är det med nickning i fotboll? Study design: Soccer players n= 23 MD students (controls) n= 10 Headings from 30 meter (goalkeeper kick) Zero 15-30 correct headings CSF tap 1 week after headings Zetterberg et al, Br J Sports Med 2007
Hur är det med nickning i fotboll?
Kan vi mäta i blod istället för cerebrospinalvätska?
NFL - ELISA vs. Simoa S im o a v s E L IS A E L IS A 1 0 0 0 E L IS A s ig n a l 1 0.1 S im o a B la n k (E L IS A ) B la n k (S im o a ) 1 0 0 1 0 1 0.1 S im o a s ig n a l 0.0 1 0.0 1 0.1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 N F L /(n g /L ) LLoD = 0.26 ng/l; LLoQ = 1.95 ng/l
Plasma NfL korrelerar med CSF NfL 3 B lo o d N F L (L o g n g /L ) 2 1 r = 0.8 7 2 p < 0.0 0 0 1 0 2 3 4 5 C S F N F L (L o g n g /L ) Gisslén et al., 2015
Serum NfL vid svår traumatisk hjärnskada (n=70) Shahim et al., Sci Rep. 2016
Serum NFL in human experimental neurotrauma before and after insertion of intraventricular catheter for intrathecal treatment with rituximab against progressive multiple sclerosis (phase 1b) A Change in NFL from baseline in CSF (ng/l) B Change in NFL from baseline in PB (pg/ml) Days from baseline Days from baseline Bergman et al., Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 2016
Serum NfL hos boxare efter match och vila High serum NFL after bout - normalization after rest Higher serum NFL with more severe head impact
Serum NfL och hjärnskakning i ishockey Concussed ice hockey players (n=87) underwent blood sampling 1, 12, 36, and 144 hours, and at RTP (6-10 days) Shahim et al., 2018
Simoa plasma tau assay Simoa Tau assay LOD = 0.020 pg/ml Upper end of range > 100 pg/ml AEB [Tau] (pg/ml)
Plasma tau efter hjärtstopp Randall et al., Resuscitation, 2013
Plasma tau efter boxning Study design: Plasma samples 30 amateur (olympic) boxers 25 healthy age-matched controls A) After bout (1-6 days) B) After a rest period (> 2 weeks) P=.038 P=.030 Neselius et al., Brain Injury, 2013
Plasma tau efter hjärnskakning i ishockey Pre-season vs. 1 hr P=0.0011 Pre-season vs. 12 hr P=0.0717 Shahim et al., 2014
Plasma tau efter hjärnskakning i ishockey Shahim et al., JAMA Neurol 2014
Efter akuta skador när skall man ta provet? Anestesi NfL Tau Evered et al., JAMA Neurol, 2018
Efter akuta skador när skall man ta provet? Anestesi och hjärtlungmaskin Early time points post-surgery Day 7 Early time points post-surgery Day 7 Olsson et al., unpublished
Efter akuta skador när skall man ta provet? Strålbehandling mot huvud/hals-cancer Plasma NfL (pg/ml) 80 60 40 20 RT RT+CHT Pre induction Baseline 3 Months 1 Year Sampling time Fernström et al., unpublished
Efter akuta skador när skall man ta provet? Strålbehandling mot huvud/hals-cancer 1 2 3 4 80 D2% 15.4 Gy D2% 18.3 Gy D2% 21.6 Gy D2% 21.8 Gy 60 40 20 5 6 7 8 Plasma NfL (pg/ml) 80 60 40 20 D2% 23.9 Gy D2% 29.6 Gy D2% 31.1 Gy D2% 33.9 Gy 9 10 11 12 80 D2% 34.5 Gy D2% 37.5 Gy D2% 44.8 Gy D2% 58.4 Gy 60 40 20 BL 2 3 4 5 6 7 3Mo BL 2 3 4 5 6 7 3Mo BL 2 3 4 5 6 7 3Mo BL 2 3 4 5 6 7 3Mo Week of sampling + 3 month follow up Fernström et al., unpublished
Serum NfL hos hockeyspelare med långvariga symptom
Sammanfattning Serum/plasma NfL är den mest lovande biomarkören för hjärnskada vid slag mot huvudet Det är en dynamisk markör Vid akut CNS-skada är tidpunkten för provtagning viktig. Tau och GFAp verkar vara snabbare markörer än NfL, men NfL verkar mer pålitlig En massa forskning pågår andra markörer, salivtester, plasma p-tau, mirna-profiler, m.m. (ett spännande fält att följa)
Tack!!