GABAergische inhibitie bij tinnitus, onderzoeken met GABA-aanpast magnetische resonantiespectroscopie en 11C-Flumazenil positronemissietomografie

Tinnitus is een veel voorkomende aandoening die wordt gekenmerkt door de
perceptie van een geluid zonder externe stimulatie. Ongeveer 15% van de
wereldbevolking heeft tinnitus. Voor de overgrote meerderheid (80%) wordt
tinnitus geassocieerd met gehoorverlies in hetzelfde frequentiebereik als het
waargenomen fantoomgeluid. Bij 10 tot 20% van de personen resulteert dit
oorsuizen in een significante vermindering van de kwaliteit van leven. Tot op
heden is tinnitus niet te genezen en de meeste interventies bestaan **uit het
toepassen van copingstrategieën (Bauer, 2018). De belangrijkste uitdaging voor
het ontwikkelen van een effectieve behandeling is het gebrek aan inzicht in de
neuropathologische mechanismen die aan deze aandoening ten grondslag liggen.
Aangenomen wordt dat tinnitus wordt veroorzaakt door veranderingen in het
centrale auditieve systeem na perifere beledigingen of sensorische deprivatie
(Knipper et al., 2013; Noreña en Farley, 2013). In dit perspectief zou een
verminderde perifere sensorische input homeostatische plasticiteitsmechanismen
activeren en zou een onaangepaste homeostase leiden tot tinnitus bij een deel
van de individuen. Homeostase van neuronale circuits hangt af van een goede
balans tussen neuronale excitatie en remming.
Verschillende bewijslijnen uit dierstudies suggereren dat veranderingen in
GABAergische remming op zich verband kunnen houden met tinnitus. Ten eerste
hebben verschillende onderzoeken aangetoond dat geneesmiddelen die de
GABAergic-remming versterken, het tinnitusgedrag bij dieren opheffen (Brozoski
et al., 2007; Lu et al., 2011; Yang et al., 2011). Dit lijkt niet het geval te
zijn bij geneesmiddelen die de exciterende neurotransmissie verminderen (Yang
et al., 2011). In één onderzoek ging de toenemende GABA-concentratie verder
samen met een normalisatie van de door geluid opgewekte respons bij AC (Lu et
al., 2011). Ten tweede wordt bij AC en IC de remmende neurotransmissie
verminderd in neuronen die het frequentiebereik van gehoorverlies
vertegenwoordigen (Dong et al., 2010; Yang et al., 2011). Ten derde werd in de
auditieve thalamus een verhoogde door GABA gemedieerde tonische remming
gevonden bij ratten met gedragskenmerken van tinnitus in vergelijking met
slechthorende ratten zonder tekenen van tinnitus (Sametsky et al., 2015). Ten
slotte vergeleek een recent onderzoek het effect van geluidstrauma bij twee
muizenstammen, waarvan er één bewijs van tinnitus vertoont, en de andere niet
(Miyakawa et al., 2019). Een vermindering van GAD65 (een GABA-synthetiserend
enzym in de synaps) werd alleen gevonden bij de stam die tinnitus ontwikkelde.
Het is van cruciaal belang om GAD65 neer te halen bij normaal horende muizen
van de stam die normaal geen tinnitus ontwikkelden na door geluidstrauma
geïnduceerd tinnitusgedrag. Al deze onderzoeken suggereren een cruciale rol van
GABA bij de ontwikkeling van tinnitus. Belangrijk genoeg vond een recente
studie een causaal verband tussen tinnitus, verhoogde spontane vuursnelheid en
verminderde GABAergische neurotransmissie in AC (Hayes et al., 2021). De
auteurs ontdekten dat het verminderen van GABAergische remming met een medicijn
dat GABA(A)-receptoren (Gabazine) blokkeert, tinnitusgedrag veroorzaakte bij
naïeve dieren en geassocieerd was met verhoogde spontane ontstekingssnelheden
van auditieve cortex neuronen. De auteurs tonen verder aan dat geen enkele
andere verandering in het gehoorpad na geluidstrauma of blootstelling aan
salicylate eenduidig **in verband kan worden gebracht met tinnitus. Deze studie
biedt sterke ondersteuning voor theorieën die tinnitus hebben toegeschreven aan
een verhoogde spontane vuursnelheid in de auditieve route als een direct gevolg
van verminderde GABAergische remming (Wang et al., 2011; Richardson et al.,
2012).
Ondanks het overweldigende bewijs voor een rol van GABAergische remming in de
pathofysiologie van subjectieve tinnitus, heeft tot nu toe slechts één enkele
studie GABA-niveaus onderzocht bij mensen die door deze aandoening zijn
getroffen (Sedley et al., 2015). De auteurs gebruikten magnetische
resonantiespectroscopie (MRS) om GABA-concentraties in de auditieve cortex te
evalueren. Ze rapporteerden verlaagde GABA-concentraties in de juiste AC van
proefpersonen met tinnitus in vergelijking met een groep die overeenkwam met
gehoorniveaus.
Met ons onderzoeksproject hopen we ons begrip van GABAergic neurotransmission
bij tinnitus te vergroten. Een beter begrip van de moleculaire veranderingen
die optreden in de gehoorroute in combinatie met gehoorverlies en tinnitus is
een essentiële stap in de richting van de ontwikkeling van een geneesmiddel.
----
Bauer, C. A. Tinnitus. N. Engl. J. Med. 378, 1224-1231 (2018).
Brozoski, T. J., Spires, T. J. D. & Bauer, C. A. Vigabatrin, a GABA
transaminase inhibitor, reversibly eliminates tinnitus in an animal model. JARO
- J. Assoc. Res. Otolaryngol. 8, 105-118 (2007).
Dong, S., Rodger, J., Mulders, W. H. A. M. & Robertson, D. Tonotopic changes in
GABA receptor expression in guinea pig inferior colliculus after partial
unilateral hearing loss. Brain Res. 1342, 24-32 (2010).
Hayes, S. H. et al. Uncovering the contribution of enhanced central gain and
altered cortical oscillations to tinnitus generation. Prog. Neurobiol. 196,
101893 (2021).
Knipper, M., Van Dijk, P., Nunes, I., Rüttiger, L. & Zimmermann, U. Advances in
the neurobiology of hearing disorders: Recent developments regarding the basis
of tinnitus and hyperacusis. Prog. Neurobiol. 111, 17-33 (2013).
Lu, J. et al. GABAergic neural activity involved in salicylate-induced auditory
cortex gain enhancement. Neuroscience 189, 187-198 (2011).
Miyakawa, A. et al. Tinnitus Correlates with Downregulation of Cortical
Glutamate Decarboxylase 65 Expression But Not Auditory Cortical Map
Reorganization. J. Neurosci. 39, 9989-10001 (2019).
Noreña, A. J. & Farley, B. J. Tinnitus-related neural activity: Theories of
generation, propagation, and centralization. Hear. Res. 295, 161-171 (2013).
Richardson, B. D., Brozoski, T. J., Ling, L. L. & Caspary, D. M. Targeting
inhibitory neurotransmission in tinnitus. Brain Res. 1485, 77-87 (2012).
Sametsky, E. A., Turner, J. G., Larsen, D., Ling, L. & Caspary, D. M. Enhanced
GABAA-Mediated tonic inhibition in auditory thalamus of rats with behavioral
evidence of tinnitus. J. Neurosci. 35, 9369-9380 (2015).
Sedley, W. et al. Human auditory cortex neurochemistry reflects the presence
and severity of tinnitus. J. Neurosci. 35, 14822-14828 (2015).
Wang, H., Brozoski, T. J. & Caspary, D. M. Inhibitory neurotransmission in
animal models of tinnitus: Maladaptive plasticity. Hear. Res. 279, 111-117
(2011).
Yang, S., Weiner, B. D., Zhang, L. S., Cho, S. J. & Bao, S. Homeostatic
plasticity drives tinnitus perception in an animal model. Proc. Natl. Acad.
Sci. U. S. A. 108, 14974-14979 (2011).

Hoofddoel:
Het hoofddoel is om GABA-concentraties en beschikbaarheid van receptoren in de
auditieve route te vergelijken tussen individuen met tinnitus en twee
controlegroepen zonder tinnitus (met of zonder gehoorverlies).
GABA-concentraties worden gemeten met MR-spectroscopie en beschikbaarheid van
GABA(A) receptoren met [11C]-flumazenil PET.

Secundaire doelstelling:
We willen verder testen op een correlatie tussen metingen van GABA-niveaus en
de activiteit en functionele connectiviteit van de auditieve route. We zullen
activiteit en functionele connectiviteit tussen deze regio's onderzoeken, zowel
tijdens geluidsperceptie als in rust met fMRI. Verder meten we met PET de
cerebrale doorbloeding in rust in een rustige omgeving, wat een indicatie geeft
van spontane activiteit in de gehoorgang. We voorspellen dat (1) spontane
hersenactiviteit verhoogd is in de auditieve cortex van personen met tinnitus,
en (2) verhoogde spontane activiteit bij AC is geassocieerd met lagere niveaus
van GABA. Bovendien, aangezien spontane activiteit overeenkomt met ruis,
voorspellen we dat (3) verschillen in GABAergische neurotransmissie in AC
geassocieerd zullen zijn met verminderde functionele connectiviteit tussen AC
en de auditieve thalamus en inferieure colliculus.

De studie bestaat uit 3 sessies: audiologische beoordeling, MRI-scan en
PET-scan. De laatste sessie is facultatief en omvat een deelsteekproef van 45
deelnemers die de MRI-sessie hebben voltooid (15 per groep).
1) Audiometrie en vragenlijsten
Voordat deelnemers aan het onderzoek worden opgenomen, ontvangen ze eerst een
audiometrische test en vullen ze vragenlijsten in over tinnitus, hyperacusis,
lateraliteit en angst/depressie. De tinnitusvragenlijst wordt alleen ingevuld
door deelnemers met tinnitus. Deelnemers met tinnitus zullen ook een tinnitus
klankaanpassingsprocedure uitvoeren. De totale duur van deze tests en
vragenlijsten is ongeveer 60 minuten. Binnen drie maanden wordt dan een
afspraak gemaakt voor de MRI-scan.
2) MRI-scan
Deelnemers zullen dan een MRI-scansessie ondergaan die bestaat uit door
GABA-MRS, een anatomische scan, twee rusttoestand-scans en een door geluid
opgewekte fMRI-scan. De totale duur van de MRI-scansessie is 120 minuten,
inclusief een pauze van 20 minuten en 10 minuten voor het verplaatsen van de
deelnemer in en uit de scanner.
3) PET-scan
Een subgroep van vrijwilligers zal worden uitgenodigd om verder een PET-scan te
ondergaan, waarmee de beschikbaarheid van GABA-receptoren in de auditieve
cortices en in kleinere structuren van de middenhersenen kan worden gemeten. De
PET-scan zal niet meer dan 3 maanden na de MRI-scan plaatsvinden. De totale
duur van Deel 2 is 90 minuten inclusief voorbereiding van de deelnemer en
PET-scanning. Het lagere aantal deelnemers in Deel 2 is te danken aan de kosten
en lasten van PET-scanning en het zal ons vermogen om groepsverschillen op te
sporen niet belemmeren. Deelnemers worden geselecteerd op basis van wie het
eerst komt, het eerst maalt voor de PET-scan. Als alle slots zijn ingevuld,
krijgen nieuwe deelnemers direct met de informatiebrief bericht dat er geen
plek meer is voor dit onderdeel.

De studie vindt plaats in het Universitair Medisch Centrum Groningen;
KNO-afdeling voor het audiogram en vragenlijsten, afdeling Radiologie voor de
MRI-scan en afdeling Nucleaire Geneeskunde en Moleculaire Beeldvorming voor de
PET-scan.

Deelnemers aan het onderzoek krijgen een audiometrietest (20 minuten) en
beantwoorden 5 korte vragenlijsten (30 minuten). Deelnemers met tinnitus zullen
ook een tinnitus klankaanpassingstaak uitvoeren (10 min). Deze tests en
vragenlijsten brengen niet meer dan een minimaal risico met zich mee en gaan
niet gepaard met een bepaalde last.

De deelnemers ondergaan verder een 90 minuten durende MRI-scan. MRI is een
standaard hersenbeeldvormende techniek zonder bekende negatieve effecten op de
gezondheid. De enige risico's zijn voor proefpersonen met een pacemaker en
metalen implantaten. Deze personen mogen niet deelnemen. MRI houdt in dat het
stil ligt in een besloten omgeving. Bovendien genereren de gradiëntspoelen voor
sommige sequenties een knallend geluid van wel 100 dB. Deelnemers aan het
onderzoek worden beschermd door MR-compatibele interne hoortelefoons en
opblaasbare kussens die de oren bedekken en die samen het scannergeluid met
ongeveer 30-40 dB verminderen.

De vijfenveertig proefpersonen die zich vrijwillig aanmelden voor deel 2 van
het project, worden gescand in een PET-scanner na intraveneuze injectie van de
[11C]-Flumazenil GABA-tracer. Het scannen duurt 60 minuten. In termen van
veiligheid zou de dosis geïnjecteerde radioactiviteit (400 Mbq) overeenkomen
met een effectieve dosis van ongeveer 3,1 mSv die binnen de ondergrenzen valt
van de ICRP-categorie II-b van kleine tot matige risico's (1-10 mSv). Ter
vergelijking: het stralingsniveau voor een enkele CT-scan van de borst is meer
dan twee keer hoger (ongeveer 7 mSV). De equivalente tijd van
achtergrondstraling uit de natuurlijke omgeving is minder dan een jaar,
rekening houdend met een EU-gemiddelde van 3,2 mSv/a. De lasten in verband met
de PET-scan krijgen een intraveneuze injectie en liggen 60 minuten stil.