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Ricerche

Le placche di Alzheimer in 3D

Ricercatori svizzeri sono riusciti a produrre immagini tridimensionali dettagliate della distribuzione spaziale delle placche amiloidi nel cervello dei topi affetti da Alzheimer. Queste placche sono accumuli di piccoli pezzi di proteina nel cervello e sono una caratteristica tipica dell'Alzheimer.

La nuova tecnica utilizzata nelle indagini fornisce uno strumento di ricerca estremamente preciso per una migliore comprensione della malattia. Gli scienziati sperano che in futuro sarà anche la base per un metodo di diagnosi nuovo e affidabile.


Taglio virtuale.
Immagine del Paul Scherrer Institut (PSI)

I risultati sono stati ottenuti nell'ambito di un progetto congiunto di due gruppi di ricercatori: uno dal Paul Scherrer Institute (PSI) e dell'ETH di Zurigo, l'altro della École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), e sono pubblicati sulla rivista NeuroImage.


L'Alzheimer è responsabile di circa il 60%/80% di tutti i casi di demenza. Questa malattia colpisce le persone in modo diverso, ma il sintomo iniziale più comune è la difficoltà di ricordare nuove informazioni, perché la malattia colpisce prima le regioni del cervello coinvolte nella formazione di nuovi ricordi. La demenza di Alzheimer è caratterizzata da lesioni cerebrali tipiche che si diffondono ad altre regioni del cervello con il progredire della malattia.


Una di queste lesioni, la cosiddetta placca amiloide, è composta dall'accumulo di aggregati proteici extracellulari. Queste lesioni appaiono presto nel corso della malattia e vi è un grande interesse nel rilevarle nei pazienti per diagnosticare o valutare la progressione della malattia. Recentemente, sono stati sviluppati e convalidati metodi medicali di visualizzazione per questo scopo. Questi metodi permettono di misurare le quantità di depositi di amiloide per ogni area, ma non possono quantificare le singole placche.


Gli ultimi risultati ottenuti dai ricercatori del Paul Scherrer Institute (PSI), dell'ETH Zurigo e dell'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) mostrano che è possibile visualizzare singole placche, a determinate condizioni. "Questo risultato potrebbe contribuire a promuovere lo sviluppo e la valutazione della visualizzazione di nuovi marcatori diagnostici, così da migliorare la diagnosi dell'Alzheimer", spiega Matthias Cacquevel, uno degli autori dell'EPFL.

 

Precisa distribuzione delle placche in 3D

Usando un metodo noto come Phase Contrast Imaging, i ricercatori sono riusciti, in breve tempo, a rendere visibile l'esatta distribuzione tridimensionale delle placche amiloidi nel cervello dei topi con l'Alzheimer. Prima di questo risultato, l'unica possibilità di studiare la distribuzione delle placche amiloidi, a livello della singola placca, era di effettuare lunghi studi. "Fino ad ora, per tale indagine, il cervello doveva essere tagliato a fette e le fette colorate in modo che le placche diventassero visibili", spiega Bernd Pinzer, del Paul Scherrer Institute, che ha effettuato le indagini. "Questo processo è lo standard tra tali indagini. Richiede tuttavia molto tempo, poichè tutto deve essere fatto a mano. Allo stesso tempo fornisce molto meno informazioni del nostro nuovo metodo. Naturalmente, abbiamo confrontato i risultati del nostro nuovo metodo con quelli ottenuti mediante quello tradizionale, e hanno mostrato un eccellente accordo".


Come primo risultato concreto, i ricercatori hanno determinato la distribuzione delle placche nel cervello di un certo numero di topi con diversi stadi della malattia. Per ciascun cervello, gli scienziati hanno ottenuto una immagine tridimensionale della distribuzione complessiva della placca in modo che lo sviluppo della malattia potesse essere seguito in dettaglio. Con i processi convenzionali, difficilmente sarebbe stato possibile raccogliere informazioni esaustive.

 

Sviluppi per affidabili tecniche diagnostiche

"Uno degli obiettivi è utilizzare la tecnica di contrasto di fase per contribuire a migliorare i metodi di imaging che rendono visibili le placche nel cervello di un paziente vivente, e quindi permettono di fare una diagnosi certa di Alzheimer", spiega Pinzer. "Questi metodi sono in continuo sviluppo ed è importante confrontare i risultati con quelli ottenuti utilizzando un metodo noto ed affidabile. Ora sarà possibile confrontare direttamente i due insiemi di immagini 3D di un cervello di topo prodotti sia con un metodo diagnostico e con la nostra tecnica a contrasto di fase. Uno dei metodi diagnostici disponibili è la tomografia ad emissione di positroni (PET), in cui molecole speciali sono attaccate alle placche e, dopo qualche tempo, emettono radiazioni gamma, che possono essere accertate esternamente".


Sebbene la dose necessaria di radiazioni depositate (che è alta, per generare l'alta risoluzione necessaria) impedisca che le misurazioni siano effettuate su animali vivi al momento, il metodo è già uno strumento di ricerca eccellente, che porterà ad una migliore comprensione dell'Alzheimer. "Questo strumento consentirà studi molto più precisi su come sono distribuite le placche amiloidi", spiega Matthias Cacquevel, uno degli autori all'EPFL. "La relazione tra le placche ed i sintomi della malattia è ancora poco chiara, e mancano anche informazioni su come si diffondono queste placche nel cervello".

 

Informazioni complete dalle variazioni di luce

Tali indagini sono state condotte al Swiss Light Source (SLS) al PSI che genera luce di sincrotrone, raggi X molto intensi e ben concentrati. L'indagine è simile a un tradizionale esame radiografico; gli scienziati fanno passare i raggi X attraverso l'oggetto in esame e determinano in che modo hanno cambiato il loro cammino. L'immagine di una normale radiografia, tuttavia, mostra solo quanto la forza di attenuazione della luce da parte dell'oggetto. In un certo senso, mostra l'ombra dell'oggetto. Il problema è che vari tipi di tessuti molli attenuano i raggi X circa nello stesso modo, rendendo difficile distinguere tra loro.


"Con il metodo a contrasto di fase che stiamo utilizzando qui, prendiamo in considerazione anche il fatto che diversi tessuti deviano leggermente la luce dalla direzione originale di una quantità differente. In fisica, questo effetto è conosciuto come fonte del cosiddetto 'sfasamento di fase dei raggi-X' ", spiega Marco Stampanoni, professore di microscopia a raggi X all'Istituto di Tecnologia Biomedica dell'ETH di Zurigo e direttore di progetto al PSI. Il team che sta guidando ha costruito la stazione di misura e progettato l'esperimento. "Il nostro strumento è in grado di misurare tali sottili cambiamenti con estrema precisione e di trasformare queste informazioni in immagini comprensibili".

 

Phase Contrast Imaging per diverse applicazioni mediche

"Anche se non possiamo svolgere un'indagine sui pazienti con il metodo del contrasto di fase per individuare l'Alzheimer, siamo vicini allo sviluppo di strumenti diagnostici per altre malattie", sottolinea Stampanoni. "Abbiamo già dimostrato, in uno studio pilota sull'imaging dei tumori del seno femminile, quanto possono essere utili tali informazioni supplementari. Un primo passo verso l'ospedale è lo sviluppo di un centro mammografico, il cui primo prototipo può essere utilizzato in uno studio medico".

 

 

 

 

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Fonte: Materiale del Paul Scherrer Institut (PSI), via AlphaGalileo.

Riferimento:
BR Pinzer, M. Cacquevel, P. Modregger, SA McDonald, JC Bensadoun, T. Thuering, P. Aebischer, M. Stampanoni. Imaging brain amyloid deposition using grating-based differential phase contrast tomography. NeuroImage, 2012; 61 (4): 1336 DOI: 10.1016/j.neuroimage.2012.03.029.

Pubblicato in ScienceDaily il 6 Giugno 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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