Un nuovo sistema di scansione potrebbe contribuire a accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci per il Morbo di Alzheimer (MA), offrendo un modo migliore per monitorare i cambiamenti cerebrali che indicano la malattia nei topi che la modellano.

 
I topi geneticamente modificati per esibire le caratteristiche dell'MA sono uno strumento prezioso per studiare la biologia della malattia e testare nuovi farmaci. Come le persone con la malattia, il cervello di questi topi accumulano grumi di proteine chiamati 'placche senili'.

Il team Visible Brain-wide Networks di Qingming Luo all'Università della Scienza e della Tecnologia di Huazhong in Cina, ha sviluppato un sistema chiamato 'tomografia sezionante crio-micro-ottica' (cryo-micro-optical sectioning tomography o cryo-MOST) che migliora la capacità di visualizzare queste placche senili nel cervello di topo.

 
"Studiare la distribuzione nell'intero cervello delle placche senili dei topi faciliterà la comprensione del modo in cui si deteriorano le funzioni del cervello durante la progressione dell'MA", ha dichiarato Jing Yuan, membro chiave del team di ricerca. "Speriamo che il cryo-MOST possa accelerare lo sviluppo e la valutazione dei trattamenti di MA".

Nella rivista Optics Letters i ricercatori riferiscono i dettagli del loro sistema cryo-MOST e i risultati del suo uso nel creare mappe 3D, con risoluzione a livello di micron, delle placche senili di tutto il cervello di un topo modello MA. Il nuovo sistema è semplice ed efficiente rispetto agli approcci convenzionali, non richiede coloranti esterni o marcatura, e poiché è ottico, offre informazioni più dettagliate rispetto ad altre tecniche di scansione come la risonanza magnetica (MRI) o la tomografia a emissione di positroni (PET).

Tessuto refrigerante per migliorare la scansione

La marcatura non è necessaria con la cryo-MOST perché sfrutta la fluorescenza naturale delle placche senili dopo l'esposizione alla luce eccitante, una proprietà nota come auto-fluorescenza. I ricercatori hanno scoperto che abbassare la temperatura del tessuto sotto i -100°C ha ravvivato l'auto-fluorescenza dalle placche senili e ha migliorato le immagini risultanti.

"I coloranti esogeni possono portare a una marcatura non specifica, falsa o non uniforme nel tessuto cerebrale, impedendo l'osservazione dei cambiamenti patologici strutturali autentici dell'MA", ha dichiarato Yuan. "Il nostro approccio senza marcatura evita questi problemi, semplificando anche la preparazione del campione, e accelerando il processo di ricerca".

Per mantenere le temperature ultra-basse necessarie per migliorare la fluorescenza, i ricercatori hanno creato un sistema che permette la scansione di un campione immerso nell'azoto liquido. Poiché la microscopia ottica tradizionale può solo rappresentare la superficie del tessuto, hanno incorporato una macchina di fresatura meccanica che rimuove uno strato del tessuto ogni volta che la superficie viene ripresa. Quando si acquisiscono le immagini di tutto il cervello del topo, il sistema alterna automaticamente fresatura e scansione intercalando una fase meccanica per spostare il campione.

Mappatura delle placche senili

Per dimostrare la capacità del cryo-MOST di rappresentare la distribuzione delle placche senili in tutto il cervello, i ricercatori lo hanno usato per rappresentare il cervello intero di topi di 17 mesi APP / PS1, modello di MA. "Le immagini di un topo anziano con MA rivelano che le placche senili si sono diffuse nell'intero cervello", ha detto Yuan. "Ciò indica che la malattia non solo danneggia la memoria e l'intelligenza, ma può anche causare un deterioramento generale delle altre funzioni del cervello".

Il sistema usato nella ricerca ha una risoluzione laterale di 1.072 micron e una risoluzione assiale di 17.152 micron quando rileva la fluorescenza ad una lunghezza d'onda di 536 nm. I ricercatori dicono che questi parametri potrebbero essere ulteriormente migliorati utilizzando un microscopio migliore.

Poiché la dimensione del tessuto è limitata solo dallo spostamento massimo della fase meccanica, il sistema potrebbe essere usato per studiare i tessuti umani del cervello di donatori deceduti. Potrebbe anche essere utile per visualizzare altre molecole biologiche che mostrano auto-fluorescenza in altri organi. Ad esempio, potrebbe rappresentare la distribuzione del metabolismo negli organi come il rene e il fegato.

Il team di ricerca sta attualmente lavorando per migliorare l'automazione del sistema, per accelerare l'acquisizione di immagini e sta incorporando miglioramenti che migliorano la qualità dell'immagine. Questi aggiornamenti consentiranno di usare il loro approccio per più applicazioni. Stanno inoltre continuando ad usare il cryo-MOST per studiare la distribuzione delle placche senili e i cambiamenti della morfologia che derivano dalla progressione dell'MA.

"Oltre alla valutazione dell'efficacia dei farmaci per le malattie neurodegenerative, riteniamo che il nostro metodo aiuterà i neuroscienziati a capire il rapporto tra la distribuzione delle placche senili e altri fattori chiave del'MA", ha dichiarato Yuan. "Questo migliorerà la comprensione globale dei meccanismi e del trattamento delle malattie".