Nature子刊:早期檢測(cè)老年癡呆癥的新方法
日期:2014-12-24 08:52:59
目前還沒(méi)有早期檢測(cè)阿爾茨海默氏病(老年癡呆癥)的方法,這種疾病影響九分之一、65歲以上的老年人。最近,美國(guó)西北大學(xué)的一個(gè)跨學(xué)科小組,開(kāi)發(fā)了一種非侵入性的MRI(核磁共振成像)方法,可以在活體動(dòng)物中檢測(cè)到這種疾病。這種方法能夠在疾病的最早期階段,也就是典型的老年癡呆癥癥狀出現(xiàn)之前,檢測(cè)到疾病。
由神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家William L. Klein和材料科學(xué)家Vinayak P. Dravid帶領(lǐng)的研究小組,開(kāi)發(fā)了一種MRI(核磁共振成像)探針,可將一種磁性納米結(jié)構(gòu)(MNS)與抗體配對(duì),它們能找出引起疾病發(fā)作的β-淀粉樣腦毒素。由于相關(guān)的磁納米結(jié)構(gòu),累積的毒素在MRI腦掃描中顯示為暗區(qū)。
這種檢測(cè)分子毒素的能力,有一天可能會(huì)使科學(xué)家們?cè)琰c(diǎn)發(fā)現(xiàn)故障,并且更好地設(shè)計(jì)藥物或療法,來(lái)對(duì)付和監(jiān)控這種疾病。而且,雖然不是研究的重點(diǎn),早期的證據(jù)表明,MRI探針也可以提高記憶力,通過(guò)與毒素結(jié)合使它們“帶上手銬”,阻止它們做出進(jìn)一步的損害。
Klein在1998年首次確定了β淀粉樣蛋白低聚物,他指出:“我們有一種新的腦成像方法,可以檢測(cè)出導(dǎo)致阿爾茨海默氏病的毒素。”他是溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的神經(jīng)生物學(xué)教授。
Klein說(shuō):“利用MRI,我們可以看到毒素附著于大腦中的神經(jīng)元。我們希望利用這一工具,能早期檢測(cè)到這種疾病,并幫助發(fā)現(xiàn)能有效消除毒素和改善健康的藥物。”
隨著MRI探針的成功示范,西北大學(xué)的研究人員通過(guò)對(duì)阿爾茨海默氏病進(jìn)行非侵入性的MRI成像和治療,已經(jīng)構(gòu)建了疾病原因和檢測(cè)的分子基礎(chǔ)。Dravid早期工作利用MNS作為智能納米技術(shù)載體,之后,他將這種磁性納米結(jié)構(gòu)MRI對(duì)比增強(qiáng)方法引入靶向腫瘤診斷和治療。
關(guān)于阿爾茨海默氏病新診斷方法的細(xì)節(jié),發(fā)表在12月22日的《Nature Nanotechnology》雜志,Klein和Dravid是本文的共同通訊作者。
阿爾茨海默氏病對(duì)于情感和經(jīng)濟(jì)的影響是毀滅性的。根據(jù)阿茨海默癥協(xié)會(huì)的“2014阿茨海默癥疾病事實(shí)和數(shù)字”顯示,今年這種疾病在美國(guó)的直接成本超過(guò)2000億美元。到2050年底,隨著嬰兒潮一代人的老齡化,這個(gè)成本將是1.1萬(wàn)億美元。這些數(shù)字還沒(méi)有考慮照顧者所花費(fèi)的時(shí)間。
這種新的MRI探針技術(shù),能檢測(cè)一些不同于常規(guī)技術(shù)的事情:有毒的β淀粉樣斑塊低聚物,它們發(fā)生在阿爾茨海默氏病的一個(gè)階段,在這個(gè)階段治療干預(yù)會(huì)很晚。β-淀粉樣蛋白低聚物,現(xiàn)在被廣泛認(rèn)為是阿爾茨海默氏病發(fā)作和隨后記憶喪失的罪魁禍?zhǔn)住?/span>
在患病的大腦中,易變的β-淀粉樣蛋白低聚物可攻擊神經(jīng)元的突觸,破壞記憶,最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。隨著時(shí)間的推移,β-淀粉樣蛋白積累并開(kāi)始粘在一起,形成當(dāng)前探針可靶定的淀粉樣斑塊。在淀粉樣斑塊被檢測(cè)到的十多年前,低聚物可能就出現(xiàn)了。
McCormick工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)教授Dravid說(shuō):“通過(guò)利用MRI對(duì)淀粉樣β低聚物的非侵入性成像,我們向‘在這種疾病最早期階段進(jìn)行診斷’邁出了重大一步。”
西北大學(xué)研究小組研究的一個(gè)重要需求是,為新藥開(kāi)發(fā)確定和檢測(cè)正確的生物標(biāo)志物。盡管研究人員付出了巨大的努力,但是目前阿爾茨海默氏病還沒(méi)有有效的藥物。
Dravid說(shuō):“這種MRI方法可以用來(lái)確定一種新藥的效果如何。如果藥物是有效的,你就會(huì)希望β淀粉樣蛋白信號(hào)下降。”
無(wú)毒的MRI探針通過(guò)鼻內(nèi)傳遞到阿爾茨海默氏病小鼠模型,以及沒(méi)有該疾病的對(duì)照小鼠。在阿茨海默癥小鼠中,大腦MRI掃描可清楚地檢測(cè)到存在于海馬體中的毒素。然而,在對(duì)照小鼠海馬體中則沒(méi)有檢測(cè)到暗區(qū)。
Klein說(shuō),檢測(cè)β-淀粉樣蛋白低聚物的能力非常重要,有兩個(gè)原因:β淀粉樣蛋白低聚物是損害神經(jīng)元的毒素,低聚物是疾病過(guò)程中第一個(gè)故障信號(hào),出現(xiàn)在任何其他病理學(xué)之前。
Klein、Dravid和他們的同事還觀察到,即使在接受單劑量的MRI探針之后,阿茨海默癥小鼠的行為會(huì)變得更好。
本文共同第一作者、Klein實(shí)驗(yàn)室的研究主任Kirsten L. Viola指出:“雖然這些數(shù)據(jù)是初步的,但是它們表明探針不僅可用作一種診斷工作,而且也可作為一種治療方法。”
除了活體動(dòng)物中進(jìn)行的研究,該研究小組還研究了西北大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)學(xué)和阿茨海默癥中心的人腦組織。樣品取自死于阿茨海默癥以及沒(méi)有這種疾病的人。在引入MRI探針之后,研究人員在阿茨海默癥患者大腦發(fā)現(xiàn)了大塊的暗區(qū),從而表明存在β淀粉樣蛋白低聚物。