Výskum Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) Asociácia nemeckých výskumných centier Helmholtz
Aké zmeny sa vyskytujú v častiach mozgu postihnutých neurodegeneratívnym ochorením? Ako sa mení štruktúra neurónov? Niektoré patologické zmeny v tkanive sa dajú ľahko identifikovať pomocou štandardnej mikroskopie. Napríklad bielkovinové usadeniny známe ako „plaky“, ktoré sa vyskytujú pri Alzheimerovej chorobe, možno vidieť pomocou techník farbenia. Patologické zmeny však môžu mať aj jemnejšiu povahu a možno ich ľahko prehliadnuť, pokiaľ nedôjde k úplnej digitalizácii a analýze trojrozmernej štruktúry. Výskumníci z University of Göttingen a University Medical Center Göttingen v Nemecku našli novú techniku na meranie a kvantifikáciu architektúry neurónového tkaniva v troch rozmeroch a vo vysokom rozlíšení pomocou extrémne brilantného röntgenového zdroja DESY PETRA III. Výsledky výskumu, ktoré im umožnili identifikovať zmeny v neurónoch pri Alzheimerovej chorobe, boli publikované v odbornom časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Tím výskumníkov v Nemecku vyvinul špeciálnu röntgenovú zobrazovaciu metódu, ktorá im umožnila odhaliť predtým neznámy prechod v jadrách neurónových buniek vo vzorkách tkaniva z hipokampu pacientov s Alzheimerovou chorobou. Zmeny naznačujú zmenenú aktivitu neurónov. Vedci skúmali neurónové tkanivo z hipokampu, oblasti mozgu, kde sa spomienky prenášajú z krátkodobej do dlhodobej. Chemicky fixované vzorky tkaniva široké len niekoľko milimetrov sa najskôr röntgenovali pomocou tomografie s fázovým kontrastom. Výskumníci použili špeciálny tomograf s fázovým kontrastom, ktorý tím vedený Timom Saldittom z Inštitútu röntgenovej fyziky na Univerzite v Göttingene zriadil na lúči PETRA III P10. Tomograf je možné použiť na zobrazenie tkaniva, ktoré röntgenové lúče absorbuje len slabo alebo vôbec. To znamenalo, že veľké objemy tkaniva bolo možné zaznamenať ako celok, bez poškodenia vzoriek a bez časovo náročnej prípravy.
Ako vysvetlila Marina Eckermann, prvá autorka článku: „Na to je potrebné trojrozmerný obraz z vysoko zväčšených projekcií najprv zaostriť na počítači pomocou špeciálnych algoritmov, aby sa získal trojrozmerný obraz s veľkosťou pixelov v rozsahu jednej desaťtisíciny milimetra.“ Pomocou tohto „digitálneho dvojčaťa“ vzorky sa potom môže strojové učenie použiť na identifikáciu neurónov – excitabilných buniek, ktoré využívajú elektrické impulzy a chemické signály na odosielanie informácií medzi rôznymi oblasťami mozgu. Použitím nových matematických metód z „teórie optimálneho transportu“, ktoré vyvinul Bernhard Schmitzer z Inštitútu informatiky na Univerzite v Göttingene, bolo možné navzájom porovnávať bunkovú populáciu rôznych jedincov bez toho, aby bolo potrebné definovať, ktoré hypotézy boli použité alebo či vzorky patrili konkrétnej skupine pacientov. Porovnanie štrukturálnych znakov sa nevzťahovalo len na priemerné hodnoty zodpovedajúcich neurónov, ale na každú jednu z detekovaných buniek každého jednotlivca.
Ako uviedol Salditt: „Tieto nové výsledky ukazujú, že pri Alzheimerovej chorobe sa bunkové jadrá v podsekcii hipokampu menia na kompaktnejšie a majú viac zmesi rôznych štruktúr.“ Ako vysvetlila Christine Stadelmann-Nessler, riaditeľka Ústavu neuropatológie na Univerzitnom medicínskom centre v Göttingene: „To vedie k vyššiemu podielu husto zbalenej DNA v bunkovom jadre a k tomu, že DNA sa číta menej často. Či pozorované zmeny v bunkovom jadre zohrávajú kauzálnu úlohu aj pri rozvoji ochorenia, sa ešte len uvidí.“
Tento výskum bol možný vďaka interdisciplinárnej spolupráci medzi Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging a Collaborative Research Center „Mathematics of Experiment“ na Univerzite v Göttingene financovanej Nemeckou výskumnou nadáciou (DFG).
Viac informácií:
Three-dimensional virtual histology of the human hippocampus based on phase-contrast computed tomography; Marina Eckermann, Bernhard Schmitzer, Franziska van der Meer, Jonas Franz, Ove Hansena , Christine Stadelmann and Tim Salditt; „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)“, 2021; DOI: 10.1073/pnas.2113835118
Zdroj: https://sciencebusiness.net; https://www.desy.de, zverejnené: 2. 12. 2021, autor: rpa
