Estima-se que 5,5 milhões de americanos vivam com a doença de Alzheimer, um tipo de demência que causa problemas de memória, pensamento e comportamento. Embora os tratamentos possam retardar o agravamento dos sintomas, os cientistas ainda estão trabalhando para entender melhor a doença neurodegenerativa para que medicamentos curativos e preventivos possam ser desenvolvidos. Um novo sistema de imagem pode ajudar a acelerar o desenvolvimento de novos medicamentos, oferecendo uma maneira melhor de monitorar as alterações cerebrais indicativas de Alzheimer em modelos de camundongos da doença.

Camundongos geneticamente modificados para exibir características da doença de Alzheimer são uma ferramenta valiosa para estudar a biologia da doença e testar novos medicamentos. Como pessoas com a doença, os cérebros desses camundongos acumulam aglomerados de proteínas conhecidas como placas senis. Equipe de Redes Visíveis do Cérebro de Qingming Luo na Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, A China desenvolveu um sistema denominado tomografia de secção crio-micro-óptica (crio-MOST) que melhora a capacidade de obter imagens dessas placas senis em todo o cérebro do rato.

"Estudar a distribuição de placas senis em todo o cérebro em camundongos facilitará a compreensão de como as funções cerebrais se deterioram durante a progressão da doença de Alzheimer, "disse Jing Yuan, um membro chave da equipe de pesquisa. "Esperamos que o cryo-MOST acelere o desenvolvimento e a avaliação dos tratamentos para a doença de Alzheimer."

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores detalham seu sistema cryo-MOST e relatam os resultados de seu uso para criar 3D, mapas de resolução em mícron de placas senis em todo o cérebro de um modelo de camundongo da doença de Alzheimer. O novo sistema é simples e eficiente em comparação com as abordagens convencionais, não requer corantes externos ou rótulos, e porque é ótico, oferece informações mais detalhadas do que outras técnicas de imagem, como ressonância magnética (MRI) ou tomografia por emissão de pósitrons (PET).

Tecido de resfriamento para melhorar a imagem

Os rótulos não são necessários com o crio-MOST porque ele aproveita a fluorescência natural das placas senis após a exposição à luz de excitação, uma propriedade conhecida como autofluorescência. Os pesquisadores descobriram que reduzir a temperatura do tecido para menos de -100 graus Celsius iluminou a autofluorescência das placas senis e melhorou as imagens resultantes.

"Corantes exógenos podem levar a inespecíficos, rotulagem falso-positiva ou desigual no tecido cerebral, que impede a observação de autênticas mudanças na estrutura patológica da doença de Alzheimer, "disse Yuan." Nossa abordagem sem rótulo evita esses problemas ao mesmo tempo que simplifica a preparação da amostra, acelerando assim o processo de pesquisa. "

Para manter as temperaturas ultrabaixas necessárias para aumentar a fluorescência, os pesquisadores criaram um sistema que permitiu a imagem de uma amostra imersa em nitrogênio líquido. Como a microscopia óptica tradicional só consegue imagens da superfície do tecido, eles incorporaram uma fresadora mecânica que removeu uma camada de tecido cada vez que a superfície era fotografada. Ao adquirir imagens de todo o cérebro do rato, o sistema alterna automaticamente entre moagem e geração de imagens usando um estágio mecânico para mover a amostra.

Mapeando as placas senis

Para demonstrar a capacidade do crio-MOST de criar imagens da distribuição de placas senis em todo o cérebro, os pesquisadores usaram para obter imagens de um cérebro inteiro de um modelo de camundongo APP / PS1 de 17 meses com doença de Alzheimer.

"As imagens de um rato idoso com doença de Alzheimer revelaram que as placas senis se espalharam por todo o cérebro, "disse Yuan." Isso indica que a doença não só prejudica a memória e a inteligência, mas também pode causar uma deterioração geral de outras funções cerebrais. "

O sistema utilizado no trabalho tem resolução lateral de 1,072 mícrons e resolução axial de 17,152 mícrons na detecção de fluorescência em comprimento de onda de 536 nm. Os pesquisadores dizem que esses parâmetros poderiam ser melhorados usando um microscópio melhor.

Como o tamanho da imagem do tecido é limitado apenas pelo alcance máximo de movimento do estágio mecânico, o sistema poderia ser usado para estudar o tecido cerebral humano de doadores falecidos. Também pode ser útil para visualizar outras moléculas biológicas que exibem autofluorescência em outros órgãos. Por exemplo, ele poderia representar a distribuição do metabolismo em órgãos como o rim e o fígado.

A equipe de pesquisa está atualmente trabalhando para melhorar a automação da abordagem para acelerar a aquisição de imagens e está incorporando melhorias que irão melhorar a qualidade da imagem. Essas atualizações permitirão que sua abordagem seja usada para mais aplicativos. Eles também continuam a usar o crio-MOST para estudar a distribuição da placa senil e as mudanças na morfologia que vêm com a progressão da doença de Alzheimer.

"Além de avaliar a eficácia do medicamento para doenças neurodegenerativas, acreditamos que nosso método ajudará os neurocientistas a compreender a relação entre a distribuição da placa senil e outros fatores-chave da doença de Alzheimer, "disse Yuan." Isso aumentará a compreensão abrangente dos mecanismos e do tratamento da doença. "