杜克大學生物醫學工程師希望新設備能檢測阿茲海默症生物標記
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達勒姆 – 杜克大學的生物醫學工程師設計了一種新型影像設備，能夠測量眼睛後部視網膜各層的厚度和紋理。這項進展可用於檢測阿茲海默症的生物標記，有可能為該疾病提供廣泛的早期預警系統。
研究結果已在線發表在《科學報告》雜誌。
「先前的研究發現阿茲海默症患者的視網膜變薄，但透過在測量中添加光散射技術，我們發現視網膜神經纖維層也變得更粗糙、更混亂，」倫敦大學教授 Adam Wax 說。杜克大學生物醫學工程。 “我們希望能夠利用這一見解來創建一種簡單且廉價的篩檢設備，該設備不僅可以在您的醫生辦公室使用，而且還可以在您當地的藥房等地方使用。”
目前，只有在患者開始表現出認知能力下降的症狀後才能診斷出阿茲海默症。即便如此，確定阿茲海默症的病因的唯一方法是使用昂貴的 MRI 和 PET 掃描或通過屍檢。但如果可以透過藥物和心理運動等早期介入措施來阻止疾病進展，患者的生活品質就可以大大提高。這就是為什麼研究人員正在尋找可用作該疾病早期預警信號的生物標記。
其中一種潛在的生物標記來自視網膜，它實際上是大腦的延伸，也是中樞神經系統的一部分。先前的研究表明，阿茲海默症會導致視網膜結構變化，最明顯的是視網膜內層變薄。
瓦克斯說：“視網膜可以方便地進入大腦，它的變薄可能表明神經組織數量減少，這可能意味著阿茲海默症的存在。”
然而，其他疾病，如青光眼和帕金森氏症，也會導致視網膜變薄。不一致的測試結果也可能來自最常用於此類測量的機器、光學相干斷層掃描 (OCT) 設備以及研究人員使用它們的方式之間的差異。
在這篇新論文中，瓦克斯和他的研究生葛松表明，阿茲海默症小鼠模型視網膜最上層的神經元表現出結構紋理的變化。結合該層厚度變化的數據，新的測量結果可能被證明是更容易獲得的阿茲海默症生物標記。
「我們的新方法可以測量視網膜內神經纖維層的粗糙度或紋理，」宋說。 “它可以提供一種快速、直接的方法來測量阿茲海默症引起的結構變化，這作為該疾病的生物標誌物具有巨大的潛力。”
OCT 是超音波的光學模擬。它的工作原理是將光波發送到組織中並測量它們返回所需的時間。雖然它是一種非常有用的影像技術，通常用於進行廣泛的診斷，但它也有其限制。
為了收集更多數據，Wax 和 Song 添加了一種稱為角度分辨低相干干涉測量 (a/LCI) 的測量方法，它利用散射光的角度來收集有關組織結構的更多資訊。透過結合這兩種測量，研究人員可以提取視網膜每一層的厚度和結構資訊。
「a/LCI 測量補充了厚度測量，以提高更多阿茲海默症定量生物標記的潛在效用，」Song 說。 「僅透過 OCT 無法獲得有關視網膜的紋理和結構資訊。您需要兩種成像方式。這是關鍵的創新。”
研究人員現在正致力於將這種附加功能融入 Wax 正在透過一家名為 Lumedica 的衍生公司開發的低成本 OCT 系統中。傳統的 OCT 機器重量超過 60 磅，佔據整張桌子，成本在 $50,000 到 $120,000 之間，而 Wax 的設計重 4 磅，大約是午餐盒大小，Wax 預計，將以少於$15,000 。
Wax 設計的關鍵是 3D 列印零件，利用對稱性來補償傳統 OCT 設備中可能因溫度細微變化等小問題而出現的機械不一致性。 Song 也一直在研究 3D 列印的旋轉棱鏡，使 a/LCI 能夠掃描整個視網膜。
「我們很興奮，因為這項研究展示了一種在簡單篩檢傳統視網膜疾病之外使用低成本 OCT 技術的新方法，」Wax 說。 「如果我們可以使用這些設備作為了解神經退化性疾病早期症狀的窗口，也許我們可以幫助人們在為時已晚之前進入早期幹預治療計劃。”
這項研究得到了美國國立衛生研究院的支持（R21AG056245，P30EY005722）。
引用：“小鼠模型中阿茲海默症視網膜生物標記的多模態相干成像”，Ge Song、Zachary A. Steelman、Stella Finkelstein、Ziyun Yang、Ludovic Martin、Kengyeh K. Chu、Sina Farsiu、Vadim Y. Arshavsky、Adam Wax 。科學報告，2020 年 5 月 13 日。DOI：10.1038/s41598-020-64827-2。
原文來源： WRAL 技術線