Le tecniche australiane di raggi X di sincrotrone e di imaging a infrarossi sono state utilizzate in un potente approccio combinato per caratterizzare la composizione delle placche amiloidi associate al morbo di Alzheimer.

Il morbo di Alzheimer è un grave problema sanitario internazionale che rappresenta il 50-75% di tutti i casi di demenza in Australia. Più di 400, 000 australiani vivono con la demenza ed è la seconda causa di morte.

Le placche amiloidi sono frammenti proteici complessi che si accumulano tra le cellule nervose nel cervello e possono distruggere le connessioni tra di esse, e sono segni distintivi della malattia di Alzheimer.

"Però, non è ancora noto se le placche causino l'Alzheimer o se l'Alzheimer ne causi la formazione, ecco perché dobbiamo migliorare la nostra comprensione delle strutture proteiche all'interno delle placche, e la composizione molecolare ed elementare del tessuto che circonda le placche", ha affermato il dott. Mark Hackett della Curtin University, che ha condotto la ricerca.

Lo studio è stato pubblicato all'inizio dell'anno in Biochimica .

Poiché pochissimi metodi forniscono informazioni chimiche sufficienti per studiare la composizione e la distribuzione delle placche nel tessuto asportato, i ricercatori hanno deciso di combinare le tecniche spettroscopiche di sincrotrone con ulteriori metodi di imaging, Spettroscopia Raman e microscopia a fluorescenza.

"È qualcosa che in realtà non è mai stato fatto prima in Australia e dimostra la potenza dell'approccio", ha affermato lo scienziato australiano dello strumento di sincrotrone, il dottor David Paterson. Lui e il dottor Mark Tobin del Synchrotron facevano parte di una grande squadra di collaboratori della Curtin University, l'Università del Saskatchewan e l'Università di Adelaide.

I metalli sono stati a lungo associati alle placche amiloidi e all'Alzheimer, e un certo numero di importanti gruppi di ricerca internazionali hanno utilizzato tecniche di sincrotrone per rivelare la distribuzione del metallo all'interno delle placche. Però, il ruolo esatto dei metalli nella malattia di Alzheimer non è ancora noto, "ecco perché è importante correlare la concentrazione e la distribuzione dei metalli all'interno delle placche ad alterazioni di importanti parametri biochimici, come lipidi e proteine" ha detto Paterson, che ha aiutato con la raccolta e l'analisi dei dati di microscopia a fluorescenza a raggi X (XFM).

La sorgente luminosa di raggi X prodotta dal sincrotrone australiano è un grande vantaggio per XFM.

"Hai un raggio X ad alta energia in arrivo e se viene assorbito da un atomo di ferro riemetterà raggi X a un'energia molto specifica e abbiamo rilevatori che possono dire la differenza tra i raggi X provenienti dal ferro o rame. Più atomi di ferro ci sono in una particolare posizione, più fluorescenza vedremo da lì, " ha detto Paterson.

Non solo XFM può distinguere tra diversi elementi, ma la microscopia a fluorescenza a raggi X è una tecnica di imaging diretto che non comporta alcuna colorazione. Questo è davvero importante, come i tipici metodi di colorazione spesso usati per studiare la malattia di Alzheimer, può rimuovere importanti informazioni chimiche dal tessuto.

"Per poter studiare la distribuzione dei metalli e delle molecole, senza macchiare, è una capacità davvero unica, ed è reso possibile dalla luce di sincrotrone", ha affermato Hackett.

La linea di luce XFM è stata utilizzata per completare la spettroscopia Raman e la microspettroscopia a infrarossi nel determinare la posizione di metalli specifici all'interno della placca e classi di molecole come lipidi, colesterolo e proteine ​​aggregate. I risultati hanno indicato che all'interno del nucleo della placca sono stati trovati zinco intenso e un po' di ferro, mentre il rame è disteso a forma di nuvola alla periferia".

"Poiché puoi sovrapporre le immagini di fluorescenza di ciascun elemento, acquisisci un utile composto chimico della placca, " ha detto Paterson.

Supportando i dati XFM, l'imaging a infrarossi e la microscopia Raman hanno fornito informazioni cruciali sulla struttura molecolare all'interno delle placche, in questo caso, la presenza e la quantità di lipidi. Sorprendentemente, mentre è stato scoperto che le proteine ​​aggregate si localizzano con Zn e Fe nel nucleo della placca, è stato scoperto che i lipidi si localizzano con Cu alla periferia della placca.

"In questa fase, non siamo sicuri del significato esatto della co-localizzazione di lipidi e Cu nel nucleo della placca, però, ora abbiamo una metodologia di imaging che ci consente di studiarlo in futuro, che è un importante passo avanti", disse Hackett.

"La microspettroscopia IR, quando integrato dalla microspettroscopia Raman ha indicato che c'era un aumento dei livelli di rame e lipidi alla periferia della placca, " ha detto lo scienziato degli strumenti Dr Mark Tobin, che ha assistito alla raccolta e all'analisi dei dati della sorgente di sincrotrone FTIR.

"La ricerca futura sulle interazioni tra rame e lipidi nella placca amiloide è degna di ulteriori indagini". disse Hackett.