Cum se schimbă creierul pacienților cu Alzheimer. Detalii suprinzătoare despre etapele degradării

O tehnică nouă uimitoare permite imagisticării schimbărilor cerebrale asociate cu Alzheimer la fiecare nivel, simultan Cercetătorii nu vor mai fi obligați să aleagă între studierea unui singur creier uman ca o imagine fragmentată sau o viziune îndepărtată și pixelată a structurilor mari.

O nouă platformă de imagistică dezvoltată de o echipă din SUA combină în mod transparent detalii fine ale celulelor cerebrale, conexiunile și conținuturile acestora, cu hărți ale rețelelor întregi de neuroni care susțin arhitectura generală a creierului.

Aceste elemente ale biologiei creierului există pe scări diferite, de la sinapsele de dimensiuni nanometrice până la regiuni cerebrale lungi de centimetri, care până acum necesitau multiple probe din mai multe creiere pentru analiză, folosind diverse tehnologii și platforme diferite.

Cum se modifică creierul

În prima sa utilizare demonstrată pe țesut uman, imagisticarea a două creiere întregi a dezvăluit modificări distincte în creierul unei persoane cu boala Alzheimer.

Platforma nouă include trei elemente principale pentru tăierea, procesarea și imagistica țesuturilor cerebrale cu "rezoluție și viteză fără precedent", conform echipei de cercetare care a dezvoltat-o, condusă de Kwanghun Chung, inginer chimist la Massachusetts Institute of Technology (MIT), potrivit Science Alert.

În primul rând, un dispozitiv inovator taie țesutul cerebral în secțiuni. Folosește vibrații atent ajustate pentru a evita abraziunea, separând celulele curat în felii incredibil de subțiri fără a le disloca conexiunile.

Apoi, o tehnică chimică transformă reversibil acele secțiuni de țesut într-un gel-hidrogel elastic și expandabil, gata pentru etichetarea cu anticorpi și imagisticări de înaltă rezoluție a proteinelor și altor elemente interne.

În cele din urmă, o unealtă ”coase” la loc secțiunile de țesut și hărțuiește conexiunile dintre celulele individuale. Aceste proiecți ale celulelor cerebrale individuale pot fi apoi integrate cu profilurile care capturează moleculele exprimate în fiecare celulă.

"Această tehnologie ne permite să vedem toate aceste componente funcționale diferite - celulele, morfologia și conectivitatea lor, arhitecturile subcelulare și conexiunile lor sinaptice individuale - ideal în același creier, pentru a compara creierele întregi și a găsi diferențe individuale. Tehnologia aceasta ne permite cu adevărat să extragem toate aceste caracteristici importante din același creier într-un mod complet integrat", spune Chung.

Vezi și: Gena care ajută metastazele să se răspândească în organism. Cum poate fi oprită

Detalii precise ale celulelor și conexiunilor cerebrale

Creier uman - FOTO: Freepik@vecstock

Oamenii de știință utilizează o metodă avansată pentru a vizualiza clar țesuturile cerebrale. Transformă țesutul într-o substanță gelatinoasă care umflă ușor secțiunile, facilitând imaginile clare. Prin infuzarea constantă cu coloranți fluorescenți, ei asigură o colorare uniformă a întregului organ.

Într-o demonstrație remarcabilă a capacităților lor, cercetătorii au etichetat jumătatea unui creier întreg și au mărit imaginile pentru a examina detaliat circuitele celulare, inclusiv celulele individuale și conexiunile lor prin sinapse.

Pentru a reconstrui conexiunile dintre celulele cerebrale prin mai multe secțiuni de țesut, un algoritm de calculator identifică vasele de sânge care ies dintr-un strat și intră în cel adiacent, și urmărește extensiile neuronilor (axonii) din țesuturile vecine.

Cercetătorii au folosit această tehnică pentru a vizualiza creierele a doi donatori, unul cu Alzheimer și unul sănătos. Au descoperit semne caracteristice ale Alzheimerului, cum ar fi acumularea de plăci de amiloid și încâlciunea de tau, precum și modificări subtile, cum ar fi umflarea axonilor în cazul pacientului cu Alzheimer. Celulele din regiunile afectate de proteinele tau și amiloid au pierdut acoperirea de mielină și s-au retras de la celulele vecine.

Această metodă avansată de imagistică a contribuit la înțelegerea mai profundă a leziunilor severe din cortexul orbitofrontal în stadiile avansate ale bolii Alzheimer.

Vezi și: Principala diferență între anxietate și depresie. Ce spune anxiosul și ce spune depresivul. Ramona A. Dumitru: Anxietatea se referă la frici, depresia la tristețe

Deschiderea unor noi perspective în neuroștiințe

Vizualizara modului în care creierul se schimbă pe măsură ce se degenerază lent în boli precum Alzheimer este o sarcină mai dificilă, deoarece cercetătorii lucrează adesea cu țesuturi cerebrale post-mortem donate la sfârșitul vieții cuiva sau se bazează pe scanări tradiționale ale întregului creier, cum ar fi RMN-ul, sperând să detecteze schimbări înainte ca boala să se instaleze.

De asemenea, nu este încă clar cum s-ar putea adapta platforma la progresele în imagistica creierului care se dezvoltă rapid, dar echipa este optimistă că sistemul lor va contribui la stimularea dezvoltării de noi terapii și va maximiza cantitatea de informații extrase din țesuturile donate valoroase.

"Acest flux de lucru ne permite să avem acces aproape nelimitat la țesut. Putem mereu să ne întoarcem și să analizăm ceva nou", spune Chung.

Studiul a fost publicat în revista Science.