Синхротронное излучение отобразило изменения в нейронах при болезни Альцгеймера
Исследователи из Геттингенского университета и Университетского медицинского центра Геттингена нашли новый метод трехмерной рентгеновской визуализации и количественной оценки состояния нейронов, что позволило им идентифицировать изменения в нейронах при болезни Альцгеймера.
Для проведения компьютерной томографии тканей, которые почти не взаимодействуют с рентгеновским излучением, использовались возможности синхротрона DESY.
Ученые исследовали нейронную ткань гиппокампа, области мозга, где воспоминания передаются из кратковременной памяти в долговременную. В образцах пациентов с болезнью Альцгеймера был обнаружен ранее неизвестный переход в ядрах нейронов, указывающий на их измененную активность.
Химически зафиксированные образцы тканей шириной в несколько миллиметров сначала были просвечены с помощью фазово-контрастной томографии. Исследователи использовали специальный фазово-контрастный томограф, который команда, возглавляемая профессором Тимом Салдиттом из Института физики рентгеновских лучей Геттингенского университета, установила в кольце PETRA III синхротрона DESY.
«Для этого трехмерное изображение с сильно увеличенных проекций должно быть сначала сфокусировано на компьютере с использованием специальных алгоритмов, чтобы получить трехмерное изображение с размерами пикселей в диапазоне одной десятитысячной миллиметра», — объясняет Марина Экерманн, первый автор статьи.
Затем на этом «цифровом двойнике» методами машинного обучения можно идентифицировать нейроны — возбудимые клетки, которые используют электрические импульсы и химические сигналы для передачи информации между различными областями мозга. С помощью новых математических методов из «теории оптимального переноса», разработанной профессором Бернхардом Шмитцером в Институте компьютерных наук Геттингенского университета, популяцию клеток разных людей можно было сравнивать друг с другом без необходимости определять, принадлежали ли образцы определенной группе пациентов.
Сравнение структурных особенностей относилось не только к средним значениям соответствующих нейронов, но и к каждой отдельной обнаруженной клетке каждого индивидуума.
«Эти новые результаты показывают, что при болезни Альцгеймера клеточные ядра в подразделе гиппокампа становятся более компактными и имеют больше различных структур», — сказал профессор Тим Салдитт из Геттингенского университета.
«Это приводит к увеличению доли плотно упакованной ДНК в ядре клетки и к тому, что ДНК считывается реже. Еще предстоит выяснить, играют ли наблюдаемые изменения в клеточном ядре также существенную роль в развитии заболевания», — объясняет профессор Кристин Штадельманн-Несслер, директор Института невропатологии Университетского медицинского центра Геттингена.
Фото: университет Геттингена