Para ilmuwan Universitas Rice mengatakan mereka telah menciptakan atlas molekuler lengkap pertama tanpa label dari otak Alzheimer pada model hewan, menggabungkan pencitraan Raman hiperspektral dengan pembelajaran mesin untuk memetakan perubahan kimia yang muncul tidak merata di seluruh wilayah otak dan meluas melampaui plak amiloid.
Para ilmuwan di Universitas Rice melaporkan bahwa mereka memeriksa jaringan otak dari hewan sehat dan hewan dengan penyakit Alzheimer untuk menciptakan atlas molekuler otak tanpa label. Untuk melakukan itu, tim menggunakan pencitraan Raman hiperspektral, metode berbasis laser yang mendeteksi “sidik jari” kimia molekul. Karena pendekatan ini tanpa label, sampel jaringan tidak diobati dengan pewarna, protein fluoresen, atau tag molekuler, kata para peneliti. “Spektroskopi Raman tradisional mengambil satu pengukuran informasi kimia per situs molekuler,” kata Ziyang Wang, mahasiswa doktoral teknik listrik dan komputer di Rice dan penulis pertama studi. “Pencitraan Raman hiperspektral mengulangi pengukuran ini ribuan kali di seluruh irisan jaringan untuk membangun peta lengkap. Hasilnya adalah gambar rinci yang menunjukkan bagaimana komposisi kimia bervariasi di berbagai wilayah otak.” Para peneliti mengatakan mereka memetakan seluruh otak irisan demi irisan, mengumpulkan ribuan spektrum tumpang tindih untuk menghasilkan peta molekuler resolusi tinggi dari jaringan sehat dan sakit. Untuk menganalisis volume data pencitraan yang besar, tim menerapkan metode pembelajaran mesin, pertama menggunakan pendekatan tak terawasi untuk mengidentifikasi pola dalam sinyal molekuler dan kemudian model terawasi yang dilatih pada sampel Alzheimer dan non-Alzheimer yang diketahui untuk mengukur seberapa kuat wilayah otak yang berbeda mencerminkan kimia terkait Alzheimer. “Kami menemukan bahwa perubahan yang disebabkan oleh penyakit Alzheimer tidak menyebar secara merata di seluruh otak,” kata Wang. “Beberapa wilayah menunjukkan perubahan kimia yang kuat, sementara yang lain kurang terpengaruh. Pola tidak merata ini membantu menjelaskan mengapa gejala muncul secara bertahap dan mengapa pengobatan yang fokus hanya pada satu masalah memiliki keberhasilan terbatas.” Menurut para peneliti, hasilnya menunjukkan bahwa perubahan kimia terkait Alzheimer tidak terbatas pada plak amiloid dan mencakup perbedaan metabolisme yang lebih luas. Mereka melaporkan bahwa kadar kolesterol dan glikogen bervariasi di wilayah-wilayah, dengan kontras terbesar di area terkait memori termasuk hipokampus dan korteks. “Kolesterol penting untuk mempertahankan struktur sel otak, dan glikogen berfungsi sebagai cadangan energi lokal,” kata Shengxi Huang, profesor associate di Rice dan penulis koresponden studi. “Bersama-sama, temuan ini mendukung gagasan bahwa Alzheimer melibatkan gangguan yang lebih luas dalam struktur otak dan keseimbangan energi, bukan hanya penumpukan dan lipatan protein yang salah.” Studi ini diterbitkan di ACS Applied Materials and Interfaces. Penelitian didukung oleh National Science Foundation, National Institutes of Health, dan Welch Foundation, kata rilis Universitas Rice. Wang mengatakan upaya itu dimulai dengan pengukuran dari area kecil jaringan otak dan kemudian diperluas ke pemetaan seluruh otak setelah beberapa putaran pengujian untuk mengintegrasikan pengukuran dan analisis.
