新的非侵入式MRI技术早期检测阿尔茨海默病

新的非侵入性方法早期可以检测阿尔茨海默病

荧光淀粉样蛋白β低聚物(绿色)与培养的海马神经元结合,通过磁性纳米结构探针(红色)大于90%的精度检测。(改编自Viola等,自然纳米技术,2014年。)

一项最新发表的研究详细介绍了一种新的MRI探针是如何将磁性纳米结构与抗体配对进行检测的老年痴呆症疾病的早期。

埃文斯顿,伊利诺斯州——目前没有任何方法可以对阿尔茨海默氏症进行早期检测,每9个65岁以上的老人中就有一个受到这种疾病的影响。现在,一个跨学科的团队西北大学科学家和工程师开发了一种非侵入性MRI方法,可以检测活体动物的疾病。它可以在该疾病的早期阶段,也就是典型的阿尔茨海默氏症症状出现之前就做到这一点。

在神经科学家William L. Klein和材料科学家Vinayak P. Dravid的领导下,研究小组开发了一种MRI(磁共振成像)探针,它将磁性纳米结构(MNS)与一种抗体配对,找出导致该疾病的β -淀粉样脑毒素。由于相关的磁性纳米结构,累积的毒素在大脑的核磁共振扫描中显示为黑色区域。

这种检测分子毒素的能力可能使科学家们有一天能够及早发现问题,更好地设计药物或疗法来对抗和监测这种疾病。而且,虽然不是这项研究的重点,但早期证据表明,核磁共振探头通过与毒素结合,使毒素“铐上”,从而对记忆造成进一步的损害,从而提高了记忆力。

“我们有了一种新的大脑成像方法,可以检测出导致阿尔茨海默氏症的毒素,”Klein说,他在1998年首次发现了β淀粉样寡聚物。他是温伯格艺术与科学学院的神经生物学教授。yabo124

“通过核磁共振成像,我们可以看到毒素附着在大脑神经元上,”Klein说。“我们希望利用这个工具及早发现这种疾病,并帮助确定能够有效消除毒素、改善健康的药物。”

随着MRI探头的成功示范,西北研究人员现在已经建立了原因的分子基础,通过非侵入性MR成像和患有阿尔茨海默病的治疗的分子基础。Dravid引入了这种磁性纳米结构MRI对比增强的Alzheimer遵循他早期的工作,利用MNS作为针对癌症诊断和治疗的智能纳米技术载体。(MNS的直径通常为10至15纳米;一纳米是米的十亿分之一。)

阿尔茨海默氏症新诊断的细节由杂志纳米技术公布。Klein和Dravid是共同通讯作者。

阿尔茨海默氏症对情绪和经济的影响是毁灭性的。根据阿尔茨海默氏症协会(Alzheimer 's Association)的《2014年阿尔茨海默氏症事实与数据》(2014 Alzheimer 's disease Facts and Figures),今年,美国在这种疾病上的直接成本超过2000亿美元。到2050年,随着婴儿潮一代年龄的增长,这一成本预计将达到1.1万亿美元。而且这些数字还不包括照顾者的时间损失。

这种新的核磁共振探测技术检测的东西与传统技术不同:有毒的β淀粉样寡聚物,而不是斑块,这些斑块出现在老年痴呆症治疗很晚的阶段。淀粉样寡聚物现在被广泛认为是阿尔茨海默病和随后的记忆丧失的罪魁祸首。

在患病的大脑中,移动淀粉样蛋白β寡聚体攻击神经元的突触,破坏记忆并最终导致神经元死亡。随着时间的推移,淀粉样蛋白β构成并开始粘在一起,形成电流探针目标的淀粉样蛋白斑块。在检测到斑块之前,低聚物可能出现超过十年。

“淀粉样蛋白β寡聚体MRI的非侵入性成像是最早的形式诊断这种衰弱疾病的巨大步骤,”麦克拉姆·工程学院的亚伯拉罕哈里斯教授,麦克伦克工程学院,应用科学学院的材料科学与工程教授。

西北大学的研究团队正在做的工作有一个主要的需求——为新药物的发现识别和检测正确的生物标志物。尽管付出了巨大的努力,但目前还没有治疗阿尔茨海默病的有效药物。

“这个MRI方法可用于确定新药的工作程度如何,”Dravid说。“如果药物是有效的,你会期望淀粉样蛋白β发出信号下来。”

无毒的MRI探针鼻内递送到小鼠模型与阿尔茨海默病和对照动物没有这种疾病。在具有阿尔茨海默氏症的动物中,在大脑的MRI扫描的海马中可以清楚地看到毒素的存在。然而,在对照组的海马中没有看到黑暗区域。

Klein说,检测淀粉样β寡聚物的能力很重要,有两个原因:淀粉样β寡聚物是损伤神经元的毒素,而低聚物是疾病过程中出现问题的第一个迹象,出现在任何其他病理之前。

Klein,Dravid及其同事们还观察到,即使在接受单剂​​量的MRI探针后,即使在接受单剂​​量的MRI探针后也会改善动物的行为。

“虽然初步,但数据表明探针不仅可以作为诊断工具而且作为治疗性,”该研究的一首第一作者和Klein实验室的研究经理Kirsten L. Diulta表示。

随着活体动物的研究,研究团队还研究了来自西北部的认知神经病学和阿尔茨海默病中心的人脑组织。样本来自来自阿尔茨海默氏症和没有疾病的人死亡的个体。在引入MRI探针之后,研究人员在阿尔茨海默脑中看到了大的暗区,表明存在淀粉样蛋白β低聚物。

美国国立卫生研究院(资助AG022547、AG029460和AG045637)、美国国立卫生研究院老龄化研究所(资助1R21AG045637-01A1)和百特医疗保健公司(Baxter Healthcare)支持了这项研究。

本文的标题是“朝着早期阿尔茨海默病的无侵袭性诊断成像。”

除了Klein,Dravid和Viola之外,本文的其他作者来自西北大学;Felderidade Federal de Santa Catarina,巴西;伊利诺伊州数学与科学学院;和北岸大学卫生系统。

出版: Kirsten L. Viola等,“早期阿尔茨海默病的非侵入性诊断成像”,《自然纳米技术》(2014);doi: 10.1038 / nnano.2014.254

图片:Viola等人,自然纳米技术,2014

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