3-D超分辨率成像的新发展为阿尔茨海默病提供了见解

最近的研究表明，年龄超过85岁的美国人中有40%患有阿尔茨海默病，并且在人们出现在医生办公室出现记忆问题之前，这种疾病开始了10到20年。

了解阿尔茨海默氏症的一个主要问题是无法清楚地了解疾病的起因。由普渡大学研究人员开发的超分辨率“纳米镜”现在提供了大脑分子的三维视图，其细节高出10倍。这种成像技术可以帮助揭示疾病的进展以及新治疗方法可以介入的地方。

该仪器帮助印第安纳大学的研究人员更好地了解阿尔茨海默病患者大脑中形成的斑块结构，找出可能造成损害的特征。已发表的研究结果发表在Nature Methods杂志上。

早在阿尔茨海默氏症发生于个体之前，称为淀粉样斑块的蜡状沉积物在大脑中积聚。这些簇与周围细胞相互作用，引起炎症，破坏神经元并产生记忆问题。

这些斑块的沉积目前是导致阿尔茨海默病的病理变化的最早可检测证据。

“虽然在可预见的未来严格来说是一种研究工具，但这项技术让我们可以看到斑块在疾病过程中如何组装和重塑，”印第安纳大学医学院斯塔克神经科学解剖学和细胞生物学教授Gary Landreth说。研究机构。“它可以深入了解疾病的生物学原因，以便我们能够看到我们是否能够阻止这些破坏性结构在大脑中的形成。”

传统光学显微镜的有限分辨率和脑组织的自然厚度使研究人员无法清楚地观察淀粉样斑块的三维形态及其与其他细胞的相互作用。

“对于单分子超分辨率成像来说，脑组织特别具有挑战性，因为它高度细胞外和细胞内成分，会扭曲和散射光 - 我们的分子信息来源，”Purdue生物医学工程助理教授Fang Huang说。“你可以深入到组织中，但图像模糊不清。”

Huang的研究团队已经开发出的超分辨率纳米镜能够细致地观察细胞，细菌和病毒，使用“适应性光学变形镜子，可以改变形状以补偿光线失真，称为”像差“，当光信号发生时单分子以不同的速度穿过细胞或组织结构的不同部分。

为了应对脑组织的挑战，Huang的研究团队开发了新技术，根据样本深度调整镜子，以补偿组织引入的像差。同时，这些技术有意引入额外的像差以维持单个分子携带的位置信息。

纳米镜以比传统显微镜高6到10倍的分辨率重建整个组织，细胞和细胞成分，从而可以通过30微米厚的小鼠额叶皮层切片清晰观察。

研究人员使用经过基因工程改造的小鼠来开发代表阿尔茨海默病的特征性斑块。

兰德瑞斯的实验室通过这些三维重建发现，淀粉样蛋白斑块就像毛球一样，通过分离出蜡状沉积物的小纤维缠绕周围组织。

“我们现在可以看到这是大脑受损的地方。小鼠给我们验证我们可以将这种成像技术应用于人体组织，”Landreth说。

该合作已经开始使用纳米镜观察人脑样本中的淀粉样斑块，以及仔细观察斑块如何与其他细胞相互作用并随着时间的推移进行重塑。

“这一发展对我们来说尤其重要，因为在组织中获得高分辨率是非常具有挑战性的。我们希望这种技术有助于进一步了解其他疾病相关问题，例如帕金森病，多发性硬化症和其他神经系统疾病。疾病，“黄说。