Inżynierowie biomedyczni Duke mają nadzieję, że nowe urządzenie będzie w stanie wykryć biomarker choroby Alzheimera
Data opublikowania:
DUHAM – Inżynierowie biomedyczni z Duke University opracowali nowe urządzenie do obrazowania, które może mierzyć zarówno grubość, jak i teksturę różnych warstw siatkówki w tylnej części oka. Postęp ten można wykorzystać do wykrycia biomarkera choroby Alzheimera, co potencjalnie umożliwi stworzenie powszechnego systemu wczesnego ostrzegania o tej chorobie.
Wyniki opublikowano w Internecie w czasopiśmie Scientific Reports.
„Wcześniejsze badania wykazały ścieńczenie siatkówki u pacjentów z chorobą Alzheimera, ale dodając do pomiaru technikę rozpraszania światła, odkryliśmy, że warstwa włókien nerwowych siatkówki jest również bardziej szorstka i nieuporządkowana” – powiedział Adam Wax, profesor inżynierii biomedycznej w Duke. „Mamy nadzieję, że uda nam się wykorzystać tę wiedzę do stworzenia łatwego i taniego urządzenia do badań przesiewowych, które będzie dostępne nie tylko w gabinecie lekarskim, ale także w takich miejscach jak lokalna apteka”.
Diagnozę choroby Alzheimera stawia się obecnie dopiero wtedy, gdy u pacjenta zaczynają pojawiać się objawy pogorszenia funkcji poznawczych. Nawet wtedy jedynym sposobem na ostateczne ustalenie, że przyczyną choroby była choroba Alzheimera, jest wykonanie kosztownych badań MRI i PET lub sekcja zwłok. Jeśli jednak postęp choroby uda się zatrzymać za pomocą wczesnych interwencji, takich jak leki i ćwiczenia umysłowe, jakość życia pacjentów może znacznie się poprawić. Dlatego badacze poszukują biomarkerów, które można by wykorzystać jako wczesne sygnały ostrzegawcze choroby.
Jeden z takich potencjalnych biomarkerów pochodzi z siatkówki, która jest dosłownie przedłużeniem mózgu i częścią centralnego układu nerwowego. Poprzednie badania wykazały, że choroba Alzheimera może powodować zmiany strukturalne siatkówki, w szczególności ścieńczenie wewnętrznych warstw siatkówki.
„Siatkówka może zapewniać łatwy dostęp do mózgu, a jej ścieńczenie może wskazywać na zmniejszenie ilości tkanki nerwowej, co może oznaczać chorobę Alzheimera” – stwierdził Wax.
Jednak inne choroby, takie jak jaskra i choroba Parkinsona, mogą również powodować ścieńczenie siatkówki. Niespójne wyniki testów mogą również wynikać z różnic między urządzeniami najczęściej używanymi do tego typu pomiarów, urządzeniami do optycznej tomografii koherentnej (OCT) i sposobem ich wykorzystania przez badaczy.
W nowym artykule Wax i jego doktorant Ge Song wykazali, że najwyższa warstwa neuronów w siatkówce mysiego modelu choroby Alzheimera wykazuje zmianę w swojej teksturze strukturalnej. W połączeniu z danymi dotyczącymi zmian grubości tej warstwy nowy pomiar może okazać się łatwiej dostępnym biomarkerem choroby Alzheimera.
„Nasze nowe podejście może mierzyć szorstkość lub teksturę warstwy włókien nerwowych wewnętrznej siatkówki” – powiedział Song. „Może zapewnić szybki i bezpośredni sposób pomiaru zmian strukturalnych powodowanych przez chorobę Alzheimera, która ma ogromny potencjał jako biomarker choroby”.
OCT jest optycznym analogiem ultradźwięków. Działa poprzez wysyłanie fal światła do tkanek i mierzenie czasu ich powrotu. Chociaż jest to niezwykle przydatna technika obrazowania, powszechnie stosowana do stawiania szerokiego zakresu diagnoz, ma ona ograniczenia.
Aby zebrać więcej danych, Wax i Song dodali pomiar zwany interferometrią o niskiej koherencji z rozdzielczością kątową (a/LCI), który wykorzystuje kąty rozproszonego światła w celu zebrania większej ilości informacji o strukturze tkanki. Łącząc te dwa pomiary, badacze mogą uzyskać informacje zarówno o grubości, jak i strukturze każdej warstwy siatkówki.
„Pomiary a/LCI uzupełniają pomiary grubości, zwiększając potencjalną użyteczność bardziej ilościowych biomarkerów w chorobie Alzheimera” – powiedział Song. „Za pomocą samego OCT nie można uzyskać informacji o teksturze i strukturze siatkówki. Potrzebujesz obu metod obrazowania. To kluczowa innowacja.”
Naukowcy pracują obecnie nad włączeniem tej dodatkowej możliwości do taniego systemu OCT, który Wax rozwija za pośrednictwem spółki spinoff o nazwie Lumedica. Podczas gdy tradycyjne maszyny OCT ważą ponad 60 funtów, zajmują całe biurko i kosztują od $50 000 do $120 000, konstrukcja Waxa waży cztery funty, ma mniej więcej wielkość pudełka na drugie śniadanie i, jak spodziewa się Wax, zostanie sprzedana za mniej niż $15 000.
Kluczem do projektu Wax jest część wydrukowana w 3D, która wykorzystuje symetrię do kompensacji niespójności mechanicznych, które mogą pojawić się w tradycyjnych urządzeniach OCT z powodu tak drobnych rzeczy, jak subtelna zmiana temperatury. Song pracował także nad wydrukowanym w 3D pryzmatem rotacyjnym, umożliwiającym a/LCI skanowanie całej siatkówki.
„Jesteśmy podekscytowani, ponieważ te badania pokazują nowy sposób wykorzystania tanich technologii OCT poza zwykłymi badaniami przesiewowymi w kierunku tradycyjnych chorób siatkówki” – powiedział Wax. „Jeśli uda nam się wykorzystać te urządzenia jako wgląd w wczesne objawy chorób neurodegeneracyjnych, być może uda nam się pomóc ludziom przystąpić do programu leczenia wczesnej interwencji, zanim będzie za późno”.
Badanie to było wspierane przez Narodowy Instytut Zdrowia (R21AG056245, P30EY005722).
CYTOWANIE: „Wielomodalne spójne obrazowanie biomarkerów choroby Alzheimera w siatkówce w modelu mysim”, Ge Song, Zachary A. Steelman, Stella Finkelstein, Ziyun Yang, Ludovic Martin, Kengyeh K. Chu, Sina Farsiu, Vadim Y. Arshavsky, Adam Wax . Raporty naukowe, 13 maja 2020 r. DOI: 10.1038/s41598-020-64827-2.
Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire