Трехмерный рентген выявляет малейшие изменения нейронов при болезни Альцгеймера
Какие изменения происходят в частях мозга, пораженных нейродегенеративным заболеванием? Как меняется структура нейронов? Некоторые патологические изменения в ткани легко выявить с помощью стандартной микроскопии. Например, белковые отложения, известные как «бляшки», возникающие при болезни Альцгеймера, можно увидеть с помощью методов окрашивания. Однако патологические изменения могут иметь менее явный характер и их легко упустить из виду, если не будет проведена полная оцифровка и анализ трехмерной структуры.
Исследователи из медицинского центра Гёттингенского университета, Германия, открыли новую методику для измерения и количественной оценки архитектуры нервной ткани в трех измерениях и с высоким разрешением, что позволяет им выявлять изменения в нейронах при болезни Альцгеймера. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Команда ученых разработала специальный метод рентгеновской визуализации, который помог им обнаружить ранее неизвестный переходный процесс в ядрах нервных клеток в образцах тканей гиппокампа пациентов с болезнью Альцгеймера. Изменения указывают на измененную активность нейронов. Ученые исследовали нейронную ткань гиппокампа – области мозга, где воспоминания передаются из кратковременной памяти в долговременную. Химически обработанные образцы тканей шириной всего несколько миллиметров сначала подверглись рентгеновскому облучению с помощью фазово-контрастной томографии. Исследователи использовали специальный фазово-контрастный томограф, который команда под руководством профессора Тима Салдитта из Института рентгеновской физики Гёттингенского университета установила на накопительном кольце PETRA III в электронном синхротроне Германии (DESY). . Данный томограф можно использовать для получения изображений тканей, которые слабо поглощают рентгеновские лучи или не поглощают совсем. Это означало, что изображения больших участков ткани можно было получить полностью, без повреждения образцов и без трудоемкой подготовки.
«Для этого трехмерное изображение из сильно увеличенных проекций было необходимо сначала сфокусировать на компьютере с помощью специальных алгоритмов, чтобы получить трехмерное изображение с размерами пикселей порядка одной десятитысячной миллиметра», – поясняет Марина Эккерманн, первый автор научной статьи. Затем, используя этот «цифровой двойник» образца, можно с помощью машинного обучения идентифицировать нейроны – возбудимые клетки, использующие электрические импульсы и химические сигналы для передачи информации между различными областями мозга. Используя новые математические методы из «теории оптимального переноса», можно было сравнивать популяцию клеток разных людей друг с другом без необходимости определения того, какие гипотезы использовались, или принадлежали ли образцы какой-то определенной группе пациентов. Сравнение структурных характеристик не только было связано со средними значениями соответствующих нейронов, но и имело отношение к каждой из обнаруженных клеток каждого человека.
«Эти новые результаты показывают, что при болезни Альцгеймера ядра клеток в подсекции гиппокампа становятся более плотными и содержат больше различных структур, – говорит профессор Тим Салдитт из Гёттингенского университета. – Это приводит к увеличению доли плотно заполняющей ядро клетки ДНК и к тому, что ДНК считывается реже. Но еще предстоит выяснить, имеют ли наблюдаемые изменения в ядре клетки причинную связь с развитием этого заболевания», – поясняет профессор Кристина Штаделманн-Несслер, директор Института невропатологии медицинского центра Гёттингенского университета.
На фото: Показаны изображения ядра нервных клеток зубчатой фасции (желтый цвет) и связанные с ними кровеносные сосуды (красный цвет). Изменяя оптическую силу рентгена, можно «увеличить» изображение плотной группы нейронов (в красном овале), а также разглядеть субструктуру ядра клетки (синий овал). Исследование показало изменение структуры ядра клетки, происходящее при болезни Альцгеймера, в сторону более уплотненной и гетерогенной структуры, что можно объяснить изменением плотности заполнения ядер клеток молекулами ДНК.
Оригинал новости можно прочитать здесь
