Gli ingegneri biomedici della Duke sperano che un nuovo dispositivo possa rilevare il biomarcatore dell'Alzheimer
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DURHAM – Gli ingegneri biomedici della Duke University hanno ideato un nuovo dispositivo di imaging in grado di misurare sia lo spessore che la struttura dei vari strati della retina nella parte posteriore dell'occhio. I progressi potrebbero essere utilizzati per rilevare un biomarcatore della malattia di Alzheimer, offrendo potenzialmente un diffuso sistema di allarme precoce per la malattia.
I risultati appaiono online sulla rivista Scientific Reports.
"Ricerche precedenti avevano osservato un assottigliamento della retina nei pazienti affetti da Alzheimer, ma aggiungendo una tecnica di diffusione della luce alla misurazione, abbiamo scoperto che anche lo strato di fibre nervose retiniche è più ruvido e disordinato", ha affermato Adam Wax, professore di ingegneria biomedica alla Duke. "La nostra speranza è di poter utilizzare queste informazioni per creare un dispositivo di screening semplice ed economico che non sia disponibile solo presso lo studio del medico, ma anche in luoghi come la farmacia locale."
Attualmente la diagnosi di malattia di Alzheimer viene effettuata solo dopo che il paziente inizia a mostrare sintomi di declino cognitivo. Anche allora, l'unico modo per determinare in modo definitivo che la causa sia l'Alzheimer è con costose scansioni MRI e PET o attraverso un'autopsia. Ma se il progresso della malattia può essere arrestato attraverso interventi precoci come farmaci ed esercizio mentale, i pazienti possono avere una qualità di vita notevolmente migliorata. Questo è il motivo per cui i ricercatori sono alla ricerca di biomarcatori che potrebbero essere utilizzati come segnali premonitori della malattia.
Uno di questi potenziali biomarcatori proviene dalla retina, che è letteralmente un’estensione del cervello e parte del sistema nervoso centrale. Precedenti ricerche avevano dimostrato che l'Alzheimer può causare cambiamenti strutturali alla retina, in particolare un assottigliamento degli strati retinici interni.
"La retina può fornire un facile accesso al cervello e il suo assottigliamento può essere indicativo di una diminuzione della quantità di tessuto neurale, il che può significare che è presente l'Alzheimer", ha detto Wax.
Ma anche altre malattie come il glaucoma e il morbo di Parkinson possono causare un assottigliamento della retina. Risultati incoerenti dei test potrebbero anche derivare da differenze tra le macchine più spesso utilizzate per questi tipi di misurazioni, i dispositivi di tomografia a coerenza ottica (OCT) e il modo in cui i ricercatori li utilizzano.
Nel nuovo articolo, Wax e il suo studente laureato Ge Song mostrano che lo strato più alto di neuroni nella retina di un modello murino di morbo di Alzheimer mostra un cambiamento nella loro struttura strutturale. Combinata con i dati sui cambiamenti di spessore di questo strato, la nuova misurazione potrebbe rivelarsi un biomarcatore dell'Alzheimer più facilmente accessibile.
"Il nostro nuovo approccio può misurare la ruvidità o la struttura dello strato di fibre nervose della retina interna", ha affermato Song. "Può fornire un modo rapido e diretto per misurare i cambiamenti strutturali causati dall'Alzheimer, che ha un grande potenziale come biomarcatore della malattia."
L’OCT è l’analogo ottico degli ultrasuoni. Funziona inviando onde di luce nei tessuti e misurando quanto tempo impiegano per ritornare. Sebbene sia una tecnica di imaging estremamente utile comunemente utilizzata per effettuare un'ampia gamma di diagnosi, presenta dei limiti.
Per raccogliere più dati, Wax e Song hanno aggiunto una misurazione chiamata interferometria a bassa coerenza risolta in angolo (a/LCI), che utilizza gli angoli della luce diffusa per raccogliere maggiori informazioni sulla struttura del tessuto. Combinando le due misurazioni, i ricercatori possono estrarre sia informazioni sullo spessore che strutturali su ciascuno strato della retina.
"Le misurazioni dell'a/LCI completano le misurazioni dello spessore per migliorare la potenziale utilità di biomarcatori più quantitativi per l'Alzheimer", ha affermato Song. “Non è possibile ottenere informazioni strutturali e strutturali sulla retina solo con l'OCT. Sono necessarie entrambe le modalità di imaging. Questa è l’innovazione chiave.”
I ricercatori stanno ora lavorando per incorporare questa capacità aggiuntiva in un sistema OCT a basso costo che Wax sta sviluppando attraverso una società spin-off chiamata Lumedica. Mentre le tradizionali macchine OCT pesano più di 60 libbre, occupano un'intera scrivania e costano tra $50.000 e $120.000, il design di Wax pesa quattro libbre, ha all'incirca le dimensioni di un cestino per il pranzo e, secondo Wax, sarà venduto per inferiore a $15.000.
La chiave del design di Wax è una parte stampata in 3D che utilizza la simmetria per compensare le incoerenze meccaniche che possono verificarsi nei tradizionali dispositivi OCT a causa di cose piccole come un sottile cambiamento di temperatura. Song ha anche lavorato su un prisma rotazionale stampato in 3D, consentendo all’a/LCI di scansionare l’intera retina.
"Siamo entusiasti perché questa ricerca mostra un nuovo modo di utilizzare le tecnologie OCT a basso costo al di fuori del semplice screening delle tradizionali malattie della retina", ha affermato Wax. “Se riusciamo a utilizzare questi dispositivi come una finestra sui primi segni di malattie neurodegenerative, forse possiamo aiutare le persone a entrare in un programma di trattamento di intervento precoce prima che sia troppo tardi”.
Questa ricerca è stata supportata dal National Institutes of Health (R21AG056245, P30EY005722).
CITAZIONE: "Imaging coerente multimodale dei biomarcatori retinici della malattia di Alzheimer in un modello murino", Ge Song, Zachary A. Steelman, Stella Finkelstein, Ziyun Yang, Ludovic Martin, Kengyeh K. Chu, Sina Farsiu, Vadim Y. Arshavsky, Adam Wax . Rapporti scientifici, 13 maggio 2020. DOI: 10.1038/s41598-020-64827-2.
Fonte articolo originale: WRAL TechWire