通過光譜X射線技術了解阿爾茨海默病的進展

2021-01-08 澎湃新聞
通過光譜X射線技術了解阿爾茨海默病的進展

2020-12-30 11:36 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

原創 Medical Xpress 阿爾茨海默病

一項研究表明，通過一種無創的新型X射線技術可以估計大腦中β-澱粉樣蛋白的多少從而了解阿爾茨海默病的進展情況。

《Medical Xpress》12月24日消息

馬裡蘭大學（University of Maryland，UMD）和美國食品藥品監督管理局（FDA）的研究人員正在共同開發一種基於X射線的新技術，該技術有可能在臨床前階段加深對阿爾茨海默病的了解。該小組的直接目標是開發一種非侵入性的方法來快速測量大腦中澱粉樣斑塊的數量，這已經被發現與阿爾茨海默病的進展相對應。研究人員的研究成果最近發表在《科學報告》（Scientific Reports）雜誌上。

研究於11月25日發表在《Scientific Reports》（最新影響因子：3.998）雜誌上

在健康的人腦中，數以億計的稱為神經元的特殊細胞通過電和化學信號相互傳遞信息，從而協調人體的幾乎所有功能。阿爾茨海默病會破壞這些溝通渠道，導致功能喪失和細胞死亡。這些破壞通常首先發生在大腦中與記憶有關的區域，但隨著時間的流逝，它們還會影響控制語言、推理、溝通、活動能力和其他生活必需功能的區域。

長期以來，科學家一直將大腦中蛋白質碎片（β-澱粉樣蛋白）的積累與阿爾茨海默病聯繫起來。儘管仍然有很多問題圍繞著究竟是什麼導致β-澱粉樣蛋白在大腦中形成斑塊，但有效測量這種堆積的能力可能為患者的疾病進展和治療方法提供新的思路。

馬裡蘭大學

「在這項工作中，我們使用光譜X射線技術來捕獲大腦深處β-澱粉樣蛋白聚集物的相干X線散射特徵，而不需要注射顯影劑，」Fischell生物工程系(BIOE)兼職教授Aldo Badano說，他是這篇《科學報告》論文的通訊作者。除了BIOE的任命，Badano還擔任了FDA科學與工程實驗室辦公室(OSEL)的設備和放射健康中心(CDRH)的成像、診斷和軟體可靠性部門的副主任。

當前測量這種澱粉樣蛋白負荷的方法面臨重大缺陷。阿爾茨海默病中澱粉樣蛋白負荷的研究僅限於事後分析，或者它們需要使用資源密集型PET或MRI掃描，而這些掃描需要注射放射性示蹤劑或造影劑。另外，當前用於研究體內澱粉樣蛋白負荷的方法缺乏以足夠高的特異性和解析度遞送圖像以完全了解疾病進展的能力。

認識到這一點，Badano與BIOE校友Eshan Dahal博士以及一支UMD和FDA研究人員團隊共同開發了一種新技術，該技術利用小角X射線散射（Small-Angle X-ray Scattering，SAXS）來估計澱粉樣蛋白的負荷。

該團隊利用SAXS能夠根據其散射模式識別分子結構。儘管SAXS通常僅限於薄樣品的研究，但研究小組開發了一種方法來應用多色X射線束和二維光譜檢測器來克服SAXS的樣品厚度限制。

早期測試表明，他們的技術（稱為光譜SAXS）可用於有效且無創地檢測長達5釐米厚的物體和小鼠模型中的嵌入式目標，而無需使用造影劑。他們的長期希望是，有一天臨床醫生將使用這種技術，只需在辦公室進行幾分鐘的腦部掃描，就可評估阿爾茨海默病患者的病情進展情況。

該研究的第一作者Eshan Dahal表示：「有了這種光譜SAXS技術，我們的目標是在估計活體動物澱粉樣蛋白負荷方面實現組織學分級的準確性，所有這些都在幾分鐘內完成，而且不需要使用造影劑，我們通過研究一個成熟的具有澱粉樣病變的阿爾茨海默病小鼠模型，在5分鐘內研究了大腦中的每個研究位置，而不需要任何特殊的樣品製備或注射造影劑。隨著進一步的研究和發展，可能有機會在臨床前和臨床環境中擴展這種方法，以評估澱粉樣蛋白負荷或任何感興趣的蛋白質聚集物。」

參考文獻

Source：University of Maryland

Researchers aim to advance understanding of Alzheimer's disease progression

Reference：

Dahal, E., Ghammraoui, B., Ye, M. et al. Label-free X-ray estimation of brain amyloid burden. Sci Rep 10, 20505 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-77554-5

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