Röntgenstrahlen zur Früherkennung der Alzheimer-Krankheit

Röntgenstrahlen zur Früherkennung der Alzheimer-Krankheit
Röntgenstrahlen zur Früherkennung der Alzheimer-Krankheit
Anonim

Forscher des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) haben eine neue, hochdetaillierte Röntgenbildgebungstechnik demonstriert, die zu einer Methode zur Früherkennung der Alzheimer-Krankheit entwickelt werden könnte. Die Technik wurde zuvor verwendet, um Tumore im Brustgewebe und Knorpel in menschlichen Knie- und Sprunggelenken zu untersuchen, aber diese Studie ist die erste, die ihre Fähigkeit testet, eine Klasse winziger Plaques sichtbar zu machen, die ein charakteristisches Merkmal der Alzheimer-Krankheit sind. Ihre Ergebnisse werden in der Juli-Ausgabe 2009 der Zeitschrift NeuroImage erscheinen.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass die Alzheimer-Krankheit mit Plaques, Bereichen mit dicht aufgebauten Proteinen, im betroffenen Gehirn verbunden ist. Viele glauben auch, dass diese Plaques, die nach dem Protein, das sie enth alten, Amyloid-beta (Aß)-Plaques genannt werden, tatsächlich die Krankheit verursachen. Ein großes Ziel ist es, ein Medikament zu entwickeln, das die Plaques aus dem Gehirn entfernt. Bevor jedoch medikamentöse Therapien getestet werden können, benötigen Forscher eine nicht-invasive, sichere und kostengünstige Methode, um die Anzahl und Größe der Plaques zu verfolgen.

Das ist keine leichte Aufgabe: Aß-Plaques sind extrem klein – im Mikrometerbereich, also einem Millionstel Meter. Und herkömmliche Techniken wie die Computertomographie (CT) unterscheiden schlecht zwischen den Plaques und anderem Weichgewebe wie Knorpel oder Blutgefäßen.

„Diese Plaques sind sehr schwer zu erkennen, egal wie man versucht, sie sich vorzustellen“, sagte Dean Connor, ein ehemaliger Postdoktorand am Brookhaven Lab, der jetzt für die University of North Carolina arbeitet.„Bestimmte Methoden können die Plaquelast oder die Gesamtzahl der Plaques visualisieren, was bei der klinischen Beurteilung und Analyse der Arzneimittelwirksamkeit eine Rolle spielt. Aber diese Methoden können nicht die nötige Auflösung liefern, um uns die Eigenschaften einzelner Aß-Plaques zu zeigen.“

Eine in Brookhaven entwickelte Technik namens Diffraktionsverstärkte Bildgebung (DEI) könnte die zusätzliche Bildgebungsleistung liefern, nach der sich Forscher sehnen. DEI, das extrem helle Röntgenstrahlen nutzt, die an Synchrotronquellen wie Brookhavens National Synchrotron Light Source verfügbar sind, wird verwendet, um nicht nur Knochen, sondern auch Weichgewebe auf eine Weise zu visualisieren, die mit Standard-Röntgenstrahlen nicht möglich ist. Im Gegensatz zu konventionellen Quellen sind Synchrotron-Röntgenstrahlen tausendfach intensiver und zu einem schmalen Strahl extrem gebündelt. Das Ergebnis ist typischerweise eine niedrigere Röntgendosis bei höherer Bildqualität.

In dieser Studie verwendeten Forscher von Brookhaven und der Stony Brook University DEI in einem hochauflösenden Modus namens Mikro-Computertomographie, um einzelne Plaques in einem Maus-Gehirn-Modell der Alzheimer-Krankheit zu visualisieren.Die Ergebnisse zeigten nicht nur detaillierte Bilder der Plaques, sondern bewiesen auch, dass DEI bei ganzen Gehirnen verwendet werden kann, um ein breites Spektrum anatomischer Strukturen ohne die Verwendung eines Kontrastmittels sichtbar zu machen.

Die Bilder ähneln denen, die von hochauflösender Magnetresonanztomographie (MRT) erzeugt werden, mit dem Potenzial, MRT-Bilder in der Auflösung sogar zu übertreffen, sagte Connor. „Der Kontrast und die Auflösung, die wir im Vergleich zu anderen Arten der Bildgebung erreicht haben, ist wirklich erstaunlich“, sagte er. „Wenn DEI verwendet wird, leuchtet einfach alles.“

Die für diese Studie verwendete Strahlendosis ist zu hoch, um einzelne A•-Plaques beim Menschen sicher abzubilden – das ultimative Ziel – aber die Ergebnisse liefern den Forschern vielversprechende Hinweise.

„Jetzt, da wir wissen, dass wir diese Plaques tatsächlich sehen können, besteht die Hoffnung darin, ein bildgebendes Verfahren zu entwickeln, das bei lebenden Menschen funktioniert“, sagte Connor. „Wir haben jetzt auch gezeigt, dass wir diese Plaques in einem vollständigen Gehirn sehen können, was bedeutet, dass wir Bilder von einem lebenden Tier erstellen und lernen können, wie diese Plaques wachsen.”

Die Finanzierung dieser Studie wurde von den National Institutes of He alth, dem National Cancer Institute und dem Laboratory Directed Research and Development-Programm von Brookhaven Lab bereitgestellt. Die National Synchrotron Light Source wird vom Office of Basic Energy Sciences innerhalb des DOE Office of Science finanziert.

Wie es funktioniert

Um ein beugungsverstärktes Bild zu machen, werden die Röntgenstrahlen des Synchrotrons zunächst auf eine Wellenlänge abgestimmt, bevor sie auf eine anatomische Struktur oder einen Objektträger gestrahlt werden. Wenn der monochromatische (einzelne Wellenlänge) Strahl durch das Gewebe geht, werden die Röntgenstrahlen gestreut und gebrochen oder in unterschiedlichen Winkeln gebogen, abhängig von den Eigenschaften des Gewebes. Die subtile Streuung und Brechung werden von einem sogenannten Analysatorkristall erfasst, der die Röntgenstrahlen je nach Streuwinkel unterschiedlich stark beugt oder deren Intensität ändert.

Der gebeugte Strahl wird auf eine Röntgenplatte oder einen digitalen Rekorder geleitet, der die Intensitätsunterschiede dokumentiert, um die inneren strukturellen Details zu zeigen.

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