Kombineret billeddannelsestilgang karakteriserer plaques forbundet med Alzheimers sygdom

Australske synkrotron røntgen og infrarød billeddannelsesteknikker er blevet brugt i en kraftfuld kombineret tilgang til at karakterisere sammensætningen af ​​amyloide plaques, der er forbundet med Alzheimers sygdom.

Alzheimers sygdom er et stort internationalt sundhedsproblem, der tegner sig for 50-75 procent af alle tilfælde af demens i Australien. Mere end 400, 000 australiere lever med demens, og det er den næststørste dødsårsag.

Amyloid plaques er komplekse proteinfragmenter, som akkumuleres mellem nerveceller i hjernen og kan ødelægge forbindelser mellem dem, og er kendetegn ved Alzheimers sygdom.

"Imidlertid, det vides stadig ikke, om plaques forårsager Alzheimers, eller om Alzheimers forårsager deres dannelse, Derfor er vi nødt til at forbedre vores forståelse af proteinstrukturer i plaques, og den molekylære og elementære sammensætning af væv, der omgiver pladerne," sagde Dr. Mark Hackett fra Curtin University, der ledede forskningen.

Undersøgelsen blev offentliggjort tidligere på året i Biokemi .

Da meget få metoder giver tilstrækkelig kemisk information til at studere sammensætningen og fordelingen af ​​plaques i udskåret væv, efterforskerne besluttede at kombinere Synchrotron spektroskopiske teknikker med yderligere billeddannelsesmetoder, Raman-spektroskopi og fluorescensmikroskopi.

"Det er noget, der virkelig ikke er blevet gjort før i Australien og demonstrerer kraften i tilgangen," sagde den australske Synchrotron-instrumentforsker Dr. David Paterson. Han og Dr. Mark Tobin fra Synchrotron var blandt et stort team af samarbejdspartnere fra Curtin University, University of Saskatchewan og University of Adelaide.

Metaller har længe været forbundet med amyloid plaques og Alzheimers, og en række førende internationale forskningsgrupper har brugt synkrotronteknikker til at afsløre metalfordeling inden for plaques. Imidlertid, den nøjagtige rolle af metaller i Alzheimers sygdom er stadig ikke kendt, "hvilket er grunden til, at det er vigtigt at korrelere metalkoncentration og fordeling i plaques til ændringer af vigtige biokemiske parametre, såsom lipider og proteiner," sagde Paterson, som bistod med indsamling og analyse af røntgenfluorescensmikroskopidata (XFM).

Den lyse kilde til røntgenstråler produceret af den australske synkrotron er en stor fordel for XFM.

"Du har en højenergi røntgenstråle, der kommer ind, og hvis den absorberes af et jernatom, vil den genudsende røntgenstråler med en meget specifik energi, og vi har detektorer, der kan kende forskel på røntgenstrålerne fra jern eller kobber. Jo flere jernatomer der er på et bestemt sted, jo mere fluorescens vil vi se derfra, " sagde Paterson.

Ikke kun kan XFM skelne mellem forskellige elementer, men røntgenfluorescensmikroskopi er en direkte billeddannelsesteknik, der ikke involverer nogen farvning. Dette er virkelig vigtigt, som de typiske farvningsmetoder, der ofte bruges til at studere Alzheimers sygdom, kan fjerne vigtig kemisk information fra vævet.

"For at kunne studere metal- og molekylefordeling, uden pletter, er en virkelig unik evne, og er gjort mulig med synkrotronlys", sagde Hackett.

XFM-strålelinjen blev brugt til at komplementere Raman-spektroskopi og infrarød mikrospektroskopi til at bestemme placeringen af ​​specifikke metaller i plaque og klasser af molekyler såsom lipider, kolesterol og aggregeret protein. Resultaterne viste, at der blev fundet intens zink og noget jern i plakkernen, mens kobberet er spredt ud i en skylignende form i periferien."

"Fordi du kan overlejre fluorescensbillederne af hvert element, du erhverver en nyttig kemisk sammensætning af pladen, " sagde Paterson.

Understøtter XFM-data, infrarød billeddannelse og Raman-mikroskopi gav afgørende information om den molekylære struktur i plaques, I dette tilfælde, tilstedeværelsen og mængden af ​​lipider. Overraskende nok, mens aggregerede proteiner blev fundet at lokalisere med Zn og Fe i plakkernen, lipider blev fundet at lokalisere med Cu ved plaqueperiferien.

"På dette tidspunkt, vi er usikre på den nøjagtige betydning af co-lokaliseringen af ​​lipider og Cu i plakkernen, imidlertid, vi har nu en billedbehandlingsmetodologi, der giver os mulighed for at studere dette i fremtiden, hvilket er et vigtigt skridt fremad", sagde Hackett.

"IR-mikrospektroskopi, når suppleret med Raman mikrospektroskopi indikerede, at der var en stigning i niveauerne af kobber og lipider i periferien af ​​plaque, " sagde instrumentforsker Dr. Mark Tobin, der hjalp med dataindsamling og analyse af Synchrotron-kilden FTIR.

"Fremtidig forskning i interaktionerne mellem kobber og lipiderne i amyloid plaque er værdig til yderligere undersøgelse." sagde Hackett.