В настоящее время не существует методов раннего выявления болезни Альцгеймера, от которой страдает каждый девятый человек в возрасте старше 65 лет. Теперь междисциплинарная группа ученых и инженеров Северо-Западного университета разработала неинвазивный подход МРТ, который может обнаружить болезнь у живого животного. И это может происходить на самых ранних стадиях заболевания, задолго до появления типичных симптомов Альцгеймера.
Под руководством нейробиолога Уильяма Л. Кляйн и материаловед Винаяк П. Дравид, исследовательская группа разработала зонд МРТ (магнитно-резонансной томографии), который соединяет магнитную наноструктуру (MNS) с антителом, которое выявляет токсины бета-амилоида мозга, ответственные за начало заболевания. Накопленные токсины из-за связанных с ними магнитных наноструктур отображаются в виде темных участков на МРТ-сканировании головного мозга.
Эта способность обнаруживать молекулярные токсины может однажды позволить ученым как раньше выявлять проблемы, так и лучше разрабатывать лекарства или методы лечения для борьбы с заболеванием и наблюдения за ним. И хотя это не является предметом исследования, ранние данные свидетельствуют о том, что зонд МРТ также улучшает память, связываясь с токсинами, чтобы их воспроизвести "в наручниках" нанести дальнейший ущерб.
"У нас есть новый метод визуализации мозга, который может обнаружить токсин, который приводит к болезни Альцгеймера," сказал Кляйн, который впервые идентифицировал бета-амилоидный олигомер в 1998 г. Он профессор нейробиологии в Вайнбергском колледже искусств и наук.
"Используя МРТ, мы можем увидеть токсины, прикрепленные к нейронам головного мозга," Кляйн сказал. "Мы рассчитываем использовать этот инструмент для раннего выявления этого заболевания и помощи в определении лекарств, которые могут эффективно устранить токсин и улучшить здоровье."
После успешной демонстрации зонда МРТ исследователи Северо-Запада теперь установили молекулярную основу причины, обнаружение с помощью неинвазивной МРТ и лечение болезни Альцгеймера. Дравид представил этот подход увеличения контраста магнитной наноструктуры МРТ для лечения болезни Альцгеймера после его более ранней работы с использованием MNS в качестве интеллектуальных носителей нанотехнологий для целевой диагностики и терапии рака. (MNS обычно составляет от 10 до 15 нанометров в диаметре; один нанометр составляет одну миллиардную часть метра.)
Подробная информация о новой диагностике болезни Альцгеймера опубликована сегодня (декабрь. 22) журнала Nature Nanotechnology. Кляйн и Дравид – соавторы-корреспонденты.
Эмоциональные и экономические последствия болезни Альцгеймера разрушительны. По данным Ассоциации Альцгеймера, в этом году прямые убытки от болезни в США составляют более 200 миллиардов долларов "Факты и цифры о болезни Альцгеймера, 2014 г." Ожидается, что к 2050 году эта стоимость составит 1 доллар США.1 триллион в возрасте бэби-бумеров. И эти цифры не учитывают потерянное время опекунов.
Эта новая технология зонда МРТ обнаруживает нечто отличное от традиционной технологии: токсичные бета-амилоидные олигомеры вместо бляшек, которые возникают на стадии болезни Альцгеймера, когда терапевтическое вмешательство может быть очень запоздалым. В настоящее время широко распространено мнение, что бета-амилоидные олигомеры являются виновниками возникновения болезни Альцгеймера и последующей потери памяти.
В больном мозге мобильные бета-амилоидные олигомеры атакуют синапсы нейронов, разрушая память и в конечном итоге приводя к гибели нейронов. Со временем бета-амилоид накапливается и начинает слипаться, образуя амилоидные бляшки, на которые нацелены текущие зонды. Олигомеры могут появиться более чем за десять лет до обнаружения бляшек.
"Неинвазивная визуализация с помощью МРТ олигомеров бета-амилоида – гигантский шаг вперед к диагностике этого изнурительного заболевания в его самой ранней форме," – сказал Дравид, профессор материаловедения и инженерии Абрахама Харриса в Школе инженерии и прикладных наук Маккормика.
Существует большая потребность в том, что делает исследовательская группа Северо-Запада – в определении и обнаружении правильного биомаркера для открытия новых лекарств. Несмотря на огромные усилия, эффективных лекарств от болезни Альцгеймера пока не существует.
"Этот метод МРТ можно использовать для определения эффективности нового препарата," Дравид сказал. "Если препарат эффективен, можно ожидать, что сигнал бета-амилоида снизится."
Нетоксичный зонд МРТ вводили интраназально моделям мышей с болезнью Альцгеймера и контрольным животным без заболевания. У животных с болезнью Альцгеймера присутствие токсинов можно четко увидеть в гиппокампе на МРТ головного мозга. Однако в гиппокампе контрольной группы темных участков не наблюдалось.
По словам Кляйна, способность обнаруживать бета-амилоидные олигомеры важна по двум причинам: бета-амилоидные олигомеры – это токсины, которые повреждают нейроны, а олигомеры – это первый признак проблем в процессе болезни, появляющийся раньше любой другой патологии.
Кляйн, Дравид и их коллеги также заметили, что поведение животных с болезнью Альцгеймера улучшается даже после получения однократной дозы зонда МРТ.
"Хотя предварительные данные свидетельствуют о том, что зонд может использоваться не только как диагностический инструмент, но и как терапевтическое," сказала Кирстен Л. Виола, соавтор исследования и научный руководитель лаборатории Кляйна.
Наряду с исследованиями на живых животных, исследовательская группа также изучала ткань мозга человека в Центре когнитивной неврологии и болезни Альцгеймера Северо-Западного университета. Образцы были взяты у людей, умерших от болезни Альцгеймера, и у тех, кто не болел. После введения зонда МРТ исследователи увидели большие темные области в мозге, пораженном болезнью Альцгеймера, что указывает на присутствие бета-амилоидных олигомеров.
Название статьи "К неинвазивной диагностической визуализации ранней стадии болезни Альцгеймера."