杜克大学生物医学工程师希望新设备能够检测阿尔茨海默病生物标志物
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达勒姆 – 杜克大学的生物医学工程师设计了一种新型成像设备，能够测量眼睛后部视网膜各层的厚度和纹理。这一进展可用于检测阿尔茨海默病的生物标志物，有可能为该疾病提供广泛的早期预警系统。
研究结果在线发表在《科学报告》杂志上。
“之前的研究发现阿尔茨海默氏症患者的视网膜变薄，但通过在测量中添加光散射技术，我们发现视网膜神经纤维层也变得更粗糙、更混乱，”伦敦大学教授 Adam Wax 说。杜克大学生物医学工程。 “我们希望能够利用这一洞察力来创建一种简单且廉价的筛查设备，这种设备不仅可以在您的医生办公室使用，而且还可以在您当地的药房等地方使用。”
目前，只有在患者开始表现出认知能力下降的症状后才能诊断出阿尔茨海默病。即便如此，确定阿尔茨海默氏症的病因的唯一方法是使用昂贵的 MRI 和 PET 扫描或通过尸检。但如果可以通过药物和心理锻炼等早期干预措施来阻止疾病进展，患者的生活质量就可以大大提高。这就是为什么研究人员正在寻找可用作该疾病早期预警信号的生物标志物。
其中一种潜在的生物标志物来自视网膜，它实际上是大脑的延伸，也是中枢神经系统的一部分。先前的研究表明，阿尔茨海默氏症会导致视网膜结构变化，最明显的是视网膜内层变薄。
瓦克斯说：“视网膜可以方便地进入大脑，它的变薄可能表明神经组织数量减少，这可能意味着阿尔茨海默病的存在。”
然而，其他疾病，如青光眼和帕金森病，也会导致视网膜变薄。不一致的测试结果也可能来自于最常用于此类测量的机器、光学相干断层扫描 (OCT) 设备以及研究人员使用它们的方式之间的差异。
在这篇新论文中，瓦克斯和他的研究生葛松表明，阿尔茨海默病小鼠模型视网膜最上层的神经元表现出结构纹理的变化。结合该层厚度变化的数据，新的测量结果可能被证明是更容易获得的阿尔茨海默病生物标志物。
“我们的新方法可以测量视网膜内神经纤维层的粗糙度或纹理，”宋说。 “它可以提供一种快速、直接的方法来测量阿尔茨海默氏症引起的结构变化，这作为该疾病的生物标志物具有巨大的潜力。”
OCT 是超声波的光学模拟。它的工作原理是将光波发送到组织中并测量它们返回所需的时间。虽然它是一种非常有用的成像技术，通常用于进行广泛的诊断，但它也有局限性。
为了收集更多数据，Wax 和 Song 添加了一种称为角度分辨低相干干涉测量 (a/LCI) 的测量方法，它利用散射光的角度来收集有关组织结构的更多信息。通过结合这两种测量，研究人员可以提取视网膜每一层的厚度和结构信息。
“a/LCI 测量补充了厚度测量，以提高更多阿尔茨海默病定量生物标志物的潜在效用，”Song 说。 “仅通过 OCT 无法获得有关视网膜的纹理和结构信息。您需要两种成像方式。这是关键的创新。”
研究人员现在正致力于将这种附加功能融入到 Wax 正在通过一家名为 Lumedica 的衍生公司开发的低成本 OCT 系统中。传统的 OCT 机器重量超过 60 磅，占据整张桌子，成本在 $50,000 到 $120,000 之间，而 Wax 的设计重 4 磅，大约是午餐盒大小，Wax 预计，将以少于 $15,000。
Wax 设计的关键是 3D 打印部件，该部件利用对称性来补偿传统 OCT 设备中可能因温度细微变化等小问题而出现的机械不一致性。 Song 还一直在研究 3D 打印的旋转棱镜，使 a/LCI 能够扫描整个视网膜。
“我们很兴奋，因为这项研究展示了一种在简单筛查传统视网膜疾病之外使用低成本 OCT 技术的新方法，”Wax 说。 “如果我们可以使用这些设备作为了解神经退行性疾病早期症状的窗口，也许我们可以帮助人们在为时已晚之前进入早期干预治疗计划。”
这项研究得到了美国国立卫生研究院的支持（R21AG056245，P30EY005722）。
引文：“小鼠模型中阿尔茨海默病视网膜生物标志物的多模态相干成像”，Ge Song、Zachary A. Steelman、Stella Finkelstein、Ziyun Yang、Ludovic Martin、Kengyeh K. Chu、Sina Farsiu、Vadim Y. Arshavsky、Adam Wax 。科学报告，2020 年 5 月 13 日。DOI：10.1038/s41598-020-64827-2。
原文来源： WRAL 技术线