Duke biomedicinska ingenjörer hoppas att en ny enhet kan upptäcka Alzheimers biomarkör
Publiceringsdatum:
DURHAM – Biomedicinska ingenjörer vid Duke University har tagit fram en ny bildapparat som kan mäta både tjockleken och strukturen hos de olika lagren av näthinnan på baksidan av ögat. Förskottet skulle kunna användas för att upptäcka en biomarkör för Alzheimers sjukdom, vilket potentiellt kan erbjuda ett utbrett system för tidig varning för sjukdomen.
Resultaten visas online i tidskriften Scientific Reports.
"Tidigare forskning har sett en förtunning av näthinnan hos Alzheimers patienter, men genom att lägga till en ljusspridningsteknik till mätningen har vi funnit att näthinnans nervfiberskikt också är grövre och mer oordnad", säger Adam Wax, professor i biomedicinsk teknik vid Duke. "Vår förhoppning är att vi kan använda denna insikt för att skapa en enkel och billig screeninganordning som inte bara skulle finnas tillgänglig på din läkares mottagning, utan också på platser som ditt lokala apotek."
Diagnoser av Alzheimers sjukdom ställs för närvarande först efter att en patient börjar visa symptom på kognitiv försämring. Även då är det enda sättet att definitivt fastställa att Alzheimers var orsaken med dyra MRT- och PET-skanningar eller genom en obduktion. Men om sjukdomsutvecklingen kan stoppas genom tidiga insatser som droger och mental träning kan patienter få en kraftigt förbättrad livskvalitet. Det är därför forskare letar efter biomarkörer som kan användas som tidiga varningstecken på sjukdomen.
En sådan potentiell biomarkör kommer från näthinnan, som bokstavligen är en förlängning av hjärnan och en del av det centrala nervsystemet. Tidigare forskning har visat att Alzheimers kan orsaka strukturella förändringar i näthinnan, framför allt en förtunning av de inre näthinnans skikt.
"Nethinnan kan ge enkel åtkomst till hjärnan, och dess uttunning kan tyda på en minskning av mängden neural vävnad, vilket kan innebära att Alzheimers är närvarande", säger Wax.
Andra sjukdomar som glaukom och Parkinsons sjukdom kan dock också orsaka en förtunning av näthinnan. Inkonsekventa testresultat kan också komma från skillnader mellan de maskiner som oftast används för dessa typer av mätningar, enheter för optisk koherenstomografi (OCT) och hur forskare använder dem.
I den nya uppsatsen visar Wax och hans doktorand Ge Song att det översta lagret av neuroner i näthinnan i en musmodell av Alzheimers sjukdom uppvisar en förändring i sin strukturella struktur. I kombination med data om förändringarna i tjockleken på detta lager kan den nya mätningen visa sig vara en mer lättillgänglig biomarkör för Alzheimers.
"Vårt nya tillvägagångssätt kan mäta grovheten eller strukturen hos nervfiberskiktet i den inre näthinnan," sa Song. "Det kan ge ett snabbt och direkt sätt att mäta strukturella förändringar orsakade av Alzheimers, som har stor potential som en biomarkör för sjukdomen."
OCT är den optiska analogen av ultraljud. Det fungerar genom att sända vågor av ljus in i vävnader och mäta hur lång tid det tar att komma tillbaka. Även om det är en extremt användbar avbildningsteknik som vanligtvis används för att ställa ett brett spektrum av diagnoser, har den begränsningar.
För att samla in mer data lade Wax and Song till en mätning som kallas vinkelupplöst lågkoherensinterferometri (a/LCI), som använder vinklarna på det spridda ljuset för att samla in mer information om vävnadens struktur. Genom att kombinera de två mätningarna kan forskarna extrahera både tjocklek och strukturell information om varje lager av näthinnan.
"A/LCI-mätningarna kompletterar tjockleksmätningarna för att förbättra den potentiella användbarheten av mer kvantitativa biomarkörer för Alzheimers", säger Song. "Du kan inte få texturell och strukturell information om näthinnan med enbart OCT. Du behöver båda bildbehandlingsmetoderna. Det är den viktigaste innovationen."
Forskarna arbetar nu för att införliva denna extra förmåga i ett lågkostnads-OCT-system som Wax utvecklar genom ett spinoff-företag som heter Lumedica. Medan traditionella OCT-maskiner väger mer än 60 pund, tar upp ett helt skrivbord och kostar någonstans mellan $50.000 och $120.000, väger Wax design fyra pund, är ungefär lika stor som en matlåda och Wax förväntar sig att den kommer att säljas för mindre än $15 000.
Nyckeln till Wax design är en 3D-utskriven del som använder symmetri för att kompensera för mekaniska inkonsekvenser som kan uppstå i traditionella OCT-enheter på grund av så små saker som en subtil temperaturförändring. Song har också arbetat på ett 3D-utskrivet rotationsprisma, vilket gör att a/LCI kan skanna hela näthinnan.
"Vi är glada eftersom den här forskningen visar på ett nytt sätt att använda billiga OCT-tekniker förutom att bara screena för traditionella retinala sjukdomar", säger Wax. "Om vi kan använda dessa enheter som ett fönster till tidiga tecken på neurodegenerativa sjukdomar, kanske vi kan hjälpa människor att komma in i ett behandlingsprogram för tidigt ingripande innan det är för sent."
Denna forskning stöddes av National Institutes of Health (R21AG056245, P30EY005722).
CITATION: "Multimodal Coherent Imaging of Retinal Biomarkers of Alzheimers Disease in a Mouse Model," Ge Song, Zachary A. Steelman, Stella Finkelstein, Ziyun Yang, Ludovic Martin, Kengyeh K. Chu, Sina Farsiu, Vadim Y. Arshavsky, Adam Wax . Scientific Reports, 13 maj 2020. DOI: 10.1038/s41598-020-64827-2.
Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire