Si stima che 5,5 milioni di americani convivano con il morbo di Alzheimer, un tipo di demenza che causa problemi di memoria, pensiero e comportamento. Sebbene i trattamenti possano rallentare il peggioramento dei sintomi, gli scienziati stanno ancora lavorando per comprendere meglio la malattia neurodegenerativa in modo che possano essere sviluppati farmaci curativi e preventivi. Un nuovo sistema di imaging potrebbe aiutare ad accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci offrendo un modo migliore per monitorare i cambiamenti cerebrali indicativi dell'Alzheimer nei modelli murini della malattia.

I topi geneticamente modificati per mostrare le caratteristiche del morbo di Alzheimer sono uno strumento prezioso per studiare la biologia della malattia e testare nuovi farmaci. Come le persone con la malattia, il cervello di questi topi accumula grumi di proteine ​​note come placche senili. Il team Visible Brain-wide Networks di Qingming Luo presso la Huazhong University of Science and Technology, La Cina ha sviluppato un sistema chiamato tomografia di sezionamento crio-micro-ottica (cryo-MOST) che migliora la capacità di visualizzare queste placche senili nell'intero cervello del topo.

"Lo studio della distribuzione a livello cerebrale delle placche senili nei topi faciliterà la comprensione di come le funzioni cerebrali si deteriorano durante la progressione dell'Alzheimer, " disse Jing Yuan, un membro chiave del gruppo di ricerca. "Speriamo che cryo-MOST acceleri lo sviluppo e la valutazione dei trattamenti per la malattia di Alzheimer".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , i ricercatori dettagliano il loro sistema cryo-MOST e riportano i risultati dell'utilizzo per creare 3D, mappe a risoluzione micron di placche senili in tutto il cervello di un modello murino del morbo di Alzheimer. Il nuovo sistema è semplice ed efficiente rispetto agli approcci convenzionali, non richiede coloranti o etichette esterne, e poiché è ottico, offre informazioni più dettagliate rispetto ad altre tecniche di imaging come la risonanza magnetica (MRI) o la tomografia a emissione di positroni (PET).

Tessuto freddo per migliorare l'imaging

Le etichette non sono necessarie con cryo-MOST perché sfrutta la naturale fluorescenza delle placche senili dopo l'esposizione alla luce di eccitazione, una proprietà nota come autofluorescenza. I ricercatori hanno scoperto che l'abbassamento della temperatura del tessuto a meno di -100 gradi Celsius ha illuminato l'autofluorescenza dalle placche senili e ha migliorato le immagini risultanti.

"I coloranti esogeni possono portare a etichettatura falsa positiva o irregolare nel tessuto cerebrale, che impedisce l'osservazione di autentici cambiamenti della struttura patologica della malattia di Alzheimer, " ha affermato Yuan. "Il nostro approccio senza etichette evita questi problemi semplificando anche la preparazione del campione, accelerando così il processo di ricerca".

Per mantenere le temperature ultra basse necessarie per migliorare la fluorescenza, i ricercatori hanno creato un sistema che ha permesso l'imaging di un campione immerso in azoto liquido. Poiché la microscopia ottica tradizionale può visualizzare solo la superficie del tessuto, hanno incorporato una fresatrice meccanica che rimuoveva uno strato di tessuto ogni volta che veniva visualizzata la superficie. Quando si acquisiscono immagini dell'intero cervello del topo, il sistema alterna automaticamente la macinazione e l'imaging utilizzando un tavolino meccanico per spostare il campione.

Mappare le placche senili

Per dimostrare la capacità di cryo-MOST di visualizzare la distribuzione delle placche senili in tutto il cervello, i ricercatori lo hanno usato per visualizzare un intero cervello da un modello murino APP/PS1 di 17 mesi del morbo di Alzheimer.

"Le immagini di un topo anziano affetto da Alzheimer hanno rivelato che le placche senili si sono diffuse a tutto il cervello, " ha detto Yuan. "Questo indica che la malattia non solo danneggia la memoria e l'intelligenza, ma può anche causare un deterioramento generale di altre funzioni cerebrali".

Il sistema utilizzato nella carta ha una risoluzione laterale di 1,072 micron e una risoluzione assiale di 17,152 micron quando si rileva la fluorescenza a una lunghezza d'onda di 536 nm. I ricercatori affermano che questi parametri potrebbero essere ulteriormente migliorati utilizzando un microscopio migliore.

Poiché la dimensione del tessuto ripreso è limitata solo dall'intervallo di movimento massimo dello stadio meccanico, il sistema potrebbe essere utilizzato per studiare il tessuto cerebrale umano di donatori deceduti. Potrebbe anche essere utile per visualizzare altre molecole biologiche che mostrano autofluorescenza in altri organi. Per esempio, potrebbe visualizzare la distribuzione del metabolismo in organi come il rene e il fegato.

Il team di ricerca sta attualmente lavorando per migliorare l'automazione dell'approccio per accelerare l'acquisizione delle immagini e sta incorporando miglioramenti che miglioreranno la qualità dell'immagine. Questi aggiornamenti consentiranno di utilizzare il loro approccio per più applicazioni. Continuano inoltre a utilizzare cryo-MOST per studiare la distribuzione della placca senile e i cambiamenti morfologici che accompagnano la progressione della malattia di Alzheimer.

"Oltre a valutare l'efficacia dei farmaci per le malattie neurodegenerative, crediamo che il nostro metodo aiuterà i neuroscienziati a comprendere la relazione tra la distribuzione della placca senile e altri fattori chiave del morbo di Alzheimer, " ha detto Yuan. "Ciò migliorerà la comprensione globale dei meccanismi della malattia e del trattamento".