Springs (6 juni 2012) – schweizisk forskare har lyckats skapa detaljerade tredimensionella bilder av den geografiska fördelningen av amyloid plack i hjärnan hos möss som drabbade med Alzheimers sjukdom. Dessa tavlor är anhopningar av små bitar av protein i hjärnan och typiska för Alzheimer. Den nya tekniken används i undersökningarna ger ett extremt exakta forskning verktyg för en bättre förståelse av sjukdomen. I framtiden hoppas forskarna att det också kommer att utgöra grunden för en ny och tillförlitlig diagnos metod.

Resultat som uppnåtts inom ett gemensamt projekt för två lag forskare--en från Paul Scherrer Institute (PSI) och ETH Zürich, den andra från École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). De har offentliggjorts i Europeiska unionens tidning Neuroimage.

Alzheimers sjukdom är ansvarig för cirka 60% och 80% av alla fall av demens. Sjukdomen påverkar människor på olika sätt, men det vanligaste första symptomet är svårigheten att minnas ny information, eftersom sjukdomen först påverkar hjärnan regioner deltar i bildandet av nya minnen. Alzheimers demens karakteriseras av typiska hjärnan organskador som spridit sig till andra områden i hjärnan som sjukdomen fortskrider. En av dessa skador, den så kallade amyloid plaketten, består av ackumulering av extracellulära proteiner aggregat. Dessa skador visas tidigt i sjukdomen och det finns en hög intresse upptäcka dem i patienter att diagnosticera eller utvärdera Progressionen av sjukdomen. Medicinsk bildframställning metoder har nyligen utvecklats och validerats för detta ändamål. Dessa tillåta regionala beloppet av amyloid insättningar som skall mätas, men enskilda plack kan inte kvantifieras.

Senaste resultaten av forskare från Paul Scherrer Institute (PSI), ETH Zürich och École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) visar att imaging enda plack är möjligt under vissa villkor. "Denna bedrift kan bidra till att påskynda utvecklingen och utvärderingen av nya bildframställning diagnostiska markörer för att slutligen förbättra diagnos av Alzheimers sjukdom," förklarar Matthias Cacquevel, en av författarna vid EPFL.

Exakta plakett distribution i 3D

Med hjälp av en metod som kallas fas kontrast Imaging, kunde forskarna inom kort tid, att synliggöra exakt tredimensionell fördelningen av amyloid plack i hjärnan hos möss med Alzheimers. Innan denna bedrift var den enda möjligheten att studera fördelningen av amyloid plack på singel-plakett nivå tidskrävande studier. "Tills nu, för sådan undersökning, hjärnan hade att skäras i segment och sektorerna färgade så att tavlor blev synlig," förklarar Bernd Pinzer, från Paul Scherrer Institute, som utfört undersökningarna. "Denna process är guldmyntfoten bland sådana utredningar. Det är dock mycket tidskrävande, eftersom allt måste göras för hand. Samtidigt ger det mycket mindre information än vår nya metoden. Naturligtvis vi jämfört resultaten från våra nya metoden med de erhållits med denna traditionella metod, och de visade utmärkta avtalet."

Som en första konkreta resultat bestäms forskarna fördelningen av plack i hjärnan hos ett antal möss med olika stadier av sjukdomen. För varje hjärna fick forskarna en tredimensionell bild av övergripande plakett distributionen så att utvecklingen av sjukdomen kan följas i detalj. Med konventionella processer, hade det knappast varit möjligt att samla in sådana omfattande information.

Utvecklingen för pålitliga diagnosmetoder

"Ett mål är att använda fas kontrast tekniken för att förbättra bildframställning metoder som synliggör plack i hjärnan för en levande patient och därigenom möjliggöra en tillförlitlig diagnos av Alzheimers sjukdom göras," förklarar Pinzer. "Dessa metoder är under ständig utveckling och det är viktigt att jämföra sina resultat med de uppnås med en känd och pålitlig metod. Nu kommer det vara möjligt att direkt jämföra de två uppsättningarna av 3D-bilder av en mus hjärna produceras både genom en diagnostisk metod och genom vår fas kontrast teknik. En av de diagnostiska metoderna som är tillgängliga är Positron emissions tomografi (PET), där speciella molekyler som är kopplade till plack och, efter en viss tid avger gammastrålning, som kan fastställas externt.

Även om den deponerade strålningsdosen krävs--som är hög, för att skapa den nödvändiga högupplöst--förhindrar mätningar görs på levande djur för tillfället, metoden är redan ett verktyg för framstående forskning, vilket kommer att leda till en bättre förståelse av Alzheimers sjukdom. "Det här verktyget gör mycket mer exakt studier på hur amyloid plack distribueras," förklarar Matthias Cacquevel, en av författarna vid EPFL. "Förhållandet mellan plack och symptom på sjukdomen är fortfarande oklart, och saknas också uppgifter om hur dessa plack sprids i hela hjärnan."

Omfattande information från förändringar i ljuset

Dessa undersökningar genomfördes vid schweiziska Light Source (SLS) vid PSI. I SLS genererar synchrotron ljus--röntgenstrålning som är mycket intensiv och väl fokuserad. Undersökningen liknar en konventionell röntgen undersökning--forskarna passera röntgenstrålning genom objektet under utredning och bestämma hur de har förändrats på vägen. En normal X-ray bild, men visar bara hur starkt ljus är försvagat av objektet, i en mening visar det skuggan av objektet. Problemet är att olika typer av mjukvävnad betalningsbalansproblem röntgen på ungefär samma sätt, vilket gör det svårt att skilja mellan dem.

"Med fas kontrast metod som vi använder här, vi också beakta det faktum att olika vävnader avvika ljuset något från sin ursprungliga riktning genom ett annat belopp. I fysik, kallas detta att generera en s.k X-ray fasskift,"förklarar Marco Stampanoni, Professor i röntgen mikroskopi vid institutet för biomedicinsk teknik vid ETH Zürich och projektledare på PSI. Han leder-teamet byggt upp mätning stationen och utformats för försöket. -Vårt instrument är kunna mäta dessa subtila förändringar mycket exakt och omvandla informationen till förståeligt bilder.

Fas kontrast Imaging för olika medicinska tillämpningar

"Medan vi inte kan utföra en undersökning av patienter med fas kontrast metod för att upptäcka Alzheimers sjukdom, vi är nära att utveckla Diagnostikverktyg för andra sjukdomar," betonar Stampanoni. "Vi har redan visat, i en pilotstudie om bildbehandling av tumörer i den kvinnliga brösten, hur användbar den ytterligare informationen som kan vara. Ett första steg i riktning mot sjukhuset är utvecklingen av en mammografiundersökning anläggning, den första prototypen som kan användas i en läkarmottagning."