Se estima que 5,5 millones de estadounidenses viven con la enfermedad de Alzheimer, un tipo de demencia que causa problemas de memoria, pensamiento y comportamiento. Aunque los tratamientos pueden retrasar el empeoramiento de los síntomas, los científicos todavía están trabajando para comprender mejor la enfermedad neurodegenerativa de modo que se puedan desarrollar medicamentos curativos y preventivos. Un nuevo sistema de imágenes podría ayudar a acelerar el desarrollo de nuevos fármacos al ofrecer una mejor manera de monitorear los cambios cerebrales indicativos de la enfermedad de Alzheimer en modelos de ratón de la enfermedad.

Los ratones modificados genéticamente para mostrar características de la enfermedad de Alzheimer son una herramienta valiosa para estudiar la biología de la enfermedad y probar nuevos fármacos. Como personas con la enfermedad los cerebros de estos ratones acumulan grupos de proteínas conocidas como placas seniles. El equipo de Visible Brain-wide Networks de Qingming Luo en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, China desarrolló un sistema llamado tomografía de corte crio-micro-óptico (cryo-MOST) que mejora la capacidad de obtener imágenes de estas placas seniles en todo el cerebro del ratón.

"El estudio de la distribución en todo el cerebro de las placas seniles en ratones facilitará la comprensión de cómo se deterioran las funciones cerebrales durante la progresión de la enfermedad de Alzheimer, "dijo Jing Yuan, un miembro clave del equipo de investigación. "Esperamos que cryo-MOST acelere el desarrollo y la evaluación de los tratamientos para la enfermedad de Alzheimer".

En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , los investigadores detallan su sistema cryo-MOST e informan los resultados de su uso para crear 3D, Mapas con resolución de micras de placas seniles en todo el cerebro de un modelo de ratón de la enfermedad de Alzheimer. El nuevo sistema es simple y eficiente en comparación con los enfoques convencionales, no requiere tintes ni etiquetas externas, y porque es óptico, ofrece información más detallada que otras técnicas de imagen como la resonancia magnética (MRI) o la tomografía por emisión de positrones (PET).

Enfriamiento del tejido para mejorar las imágenes

Las etiquetas no son necesarias con cryo-MOST porque aprovecha la fluorescencia natural de las placas seniles después de la exposición a la luz de excitación. una propiedad conocida como autofluorescencia. Los investigadores descubrieron que bajar la temperatura del tejido a menos de -100 grados Celsius iluminaba la autofluorescencia de las placas seniles y mejoraba las imágenes resultantes.

"Los tintes exógenos pueden conducir a inespecíficos, etiquetado falso positivo o desigual en el tejido cerebral, que impide la observación de auténticos cambios en la estructura patológica de la enfermedad de Alzheimer, ", dijo Yuan." Nuestro enfoque sin etiquetas evita estos problemas y al mismo tiempo simplifica la preparación de la muestra, acelerando así el proceso de investigación ".

Para mantener las temperaturas ultrabajas necesarias para mejorar la fluorescencia, los investigadores crearon un sistema que permitía obtener imágenes de una muestra sumergida en nitrógeno líquido. Debido a que la microscopía óptica tradicional solo puede obtener imágenes de la superficie del tejido, incorporaron una fresadora mecánica que eliminaba una capa del tejido cada vez que se tomaba una imagen de la superficie. Al adquirir imágenes de todo el cerebro del ratón, el sistema alterna automáticamente entre el fresado y la formación de imágenes mediante el uso de una platina mecánica para mover la muestra.

Mapeo de las placas seniles

Para demostrar la capacidad de cryo-MOST para obtener imágenes de la distribución de placas seniles en todo el cerebro, los investigadores lo utilizaron para obtener imágenes de un cerebro completo a partir de un modelo de ratón APP / PS1 de 17 meses de la enfermedad de Alzheimer.

"Las imágenes de un ratón envejecido con enfermedad de Alzheimer revelaron que las placas seniles se han extendido a todo el cerebro, "dijo Yuan." Esto indica que la enfermedad no solo daña la memoria y la inteligencia, pero también puede causar un deterioro general de otras funciones cerebrales ".

El sistema utilizado en el trabajo tiene una resolución lateral de 1.072 micrones y una resolución axial de 17.152 micrones al detectar fluorescencia a una longitud de onda de 536 nm. Los investigadores dicen que estos parámetros podrían mejorarse aún más utilizando un mejor microscopio.

Debido a que el tamaño del tejido fotografiado solo está limitado por el rango de movimiento máximo de la platina mecánica, el sistema podría usarse para estudiar tejido cerebral humano de donantes fallecidos. También podría ser útil para visualizar otras moléculas biológicas que exhiben autofluorescencia en otros órganos. Por ejemplo, podría visualizar la distribución del metabolismo en órganos como el riñón y el hígado.

El equipo de investigación está trabajando actualmente para mejorar la automatización del enfoque para acelerar la adquisición de imágenes y está incorporando mejoras que mejorarán la calidad de la imagen. Estas actualizaciones permitirán que su enfoque se utilice para más aplicaciones. También continúan usando cryo-MOST para estudiar la distribución de la placa senil y los cambios morfológicos que vienen con la progresión de la enfermedad de Alzheimer.

"Además de evaluar la eficacia de los medicamentos para las enfermedades neurodegenerativas, Creemos que nuestro método ayudará a los neurocientíficos a comprender la relación entre la distribución de la placa senil y otros factores clave de la enfermedad de Alzheimer. ", dijo Yuan." Esto mejorará la comprensión integral de los mecanismos y el tratamiento de la enfermedad ".