Las técnicas de imágenes infrarrojas y de rayos X del sincrotrón australiano se han utilizado en un poderoso enfoque combinado para caracterizar la composición de las placas amiloides asociadas con la enfermedad de Alzheimer.

La enfermedad de Alzheimer es un importante problema de salud internacional que representa del 50 al 75 por ciento de todos los casos de demencia en Australia. Más de 400, 000 australianos viven con demencia y es la segunda causa principal de muerte.

Las placas de amiloide son fragmentos de proteínas complejos que se acumulan entre las células nerviosas del cerebro y pueden destruir las conexiones entre ellas. y son características de la enfermedad de Alzheimer.

"Sin embargo, todavía no se sabe si las placas causan el Alzheimer o si el Alzheimer causa su formación, es por eso que necesitamos mejorar nuestra comprensión de las estructuras de las proteínas dentro de las placas, y la composición molecular y elemental del tejido que rodea las placas ", dijo el Dr. Mark Hackett de la Universidad de Curtin, quien dirigió la investigación.

El estudio fue publicado a principios de año en Bioquímica .

Como muy pocos métodos proporcionan suficiente información química para estudiar la composición y distribución de las placas en el tejido extirpado, los investigadores decidieron combinar técnicas espectroscópicas de sincrotrón con métodos de imagen adicionales, Espectroscopía Raman y microscopía de fluorescencia.

"Es algo que realmente no se ha hecho antes en Australia y demuestra el poder del enfoque", dijo el Dr. David Paterson, científico de instrumentos de sincrotrón australiano. Él y el Dr. Mark Tobin del Sincrotrón estaban entre un gran equipo de colaboradores de la Universidad de Curtin, la Universidad de Saskatchewan y la Universidad de Adelaide.

Los metales se han asociado durante mucho tiempo con las placas amiloides y la enfermedad de Alzheimer, y varios grupos de investigación internacionales líderes han utilizado técnicas de sincrotrón para revelar la distribución de metales dentro de las placas. Sin embargo, aún se desconoce el papel exacto de los metales en la enfermedad de Alzheimer, "por eso es importante correlacionar la concentración y distribución de metales dentro de las placas con alteraciones de parámetros bioquímicos importantes, como lípidos y proteínas ", dijo Paterson, que ayudó con la recopilación y análisis de datos de microscopía de fluorescencia de rayos X (XFM).

La fuente brillante de rayos X producida por el sincrotrón australiano es una gran ventaja para XFM.

"Tiene un rayo X de alta energía entrando y si es absorbido por un átomo de hierro, volverá a emitir rayos X a una energía muy específica y tenemos detectores que pueden diferenciar entre los rayos X que provienen del hierro o cobre. Cuantos más átomos de hierro haya en un lugar en particular, cuanta más fluorescencia veremos desde allí, "dijo Paterson.

XFM no solo puede diferenciar entre diferentes elementos, pero la microscopía de fluorescencia de rayos X es una técnica de imagen directa que no implica ninguna tinción. Esto es realmente importante como los métodos de tinción típicos que se utilizan a menudo para estudiar la enfermedad de Alzheimer, puede eliminar información química importante del tejido.

"Para poder estudiar la distribución de metales y moléculas, sin manchar, es una capacidad realmente única, y es posible gracias a la luz de sincrotrón ”, dijo Hackett.

La línea de luz XFM se utilizó para complementar la espectroscopía Raman y la microespectroscopía infrarroja para determinar la ubicación de metales específicos dentro de la placa y clases de moléculas como lípidos, colesterol y proteína agregada. Los resultados indicaron que se encontraron zinc intenso y algo de hierro dentro del núcleo de la placa, mientras que el cobre se extiende en forma de nube en la periferia ".

"Como puede superponer las imágenes de fluorescencia de cada elemento, adquiere un compuesto químico útil de la placa, "dijo Paterson.

Apoyando los datos XFM, Las imágenes infrarrojas y la microscopía Raman proporcionaron información crucial sobre la estructura molecular dentro de las placas, en este caso, la presencia y cantidad de lípidos. Asombrosamente, mientras que se encontró que las proteínas agregadas se localizan con Zn y Fe en el núcleo de la placa, Se encontró que los lípidos se localizan con Cu en la periferia de la placa.

"En este punto, no estamos seguros del significado exacto de la co-localización de lípidos y Cu en el núcleo de la placa, sin embargo, ahora tenemos una metodología de imágenes que nos permite estudiar esto en el futuro, que es un importante paso adelante ", dijo Hackett.

"La microespectroscopía de infrarrojos, cuando se complementa con microspectroscopía Raman indicó que había un aumento en los niveles de cobre y lípidos en la periferia de la placa, "dijo el científico de instrumentos Dr. Mark Tobin, que ayudó en la recopilación y análisis de datos del FTIR fuente de Sincrotrón.

"La investigación futura sobre las interacciones entre el cobre y los lípidos en la placa amiloide merece una mayor investigación". dijo Hackett.