Rice大学の科学者らは、動物モデルにおけるアルツハイマー病脳の最初の完全なラベルフリー分子アトラスを作成したと述べ、ハイパースペクトルRamanイメージングと機械学習を組み合わせ、脳領域全体で不均一に現れる化学変化をマッピングし、アミロイドプラークを超えて広がるものを明らかにした。
Rice大学の科学者らは、健康な動物とアルツハイマー病の動物の脳組織を調べ、脳のラベルフリー分子アトラスを作成したと報告している。 それを達成するため、チームはハイパースペクトルRamanイメージングを使用した。これは分子の化学「指紋」を検出するレーザーベースの方法である。このアプローチはラベルフリーであるため、組織サンプルは染料、蛍光タンパク質、または分子タグで処理されなかったと研究者らは述べた。 「従来のRaman分光法は分子サイトごとに化学情報の1回の測定を行う」とRiceの電気コンピュータ工学博士課程学生で研究の第一著者であるZiyang Wang氏は述べた。「ハイパースペクトルRamanイメージングは、組織スライス全体でこの測定を数千回繰り返し、完全なマップを構築する。結果は、脳の異なる領域で化学組成がどのように変化するかを示す詳細な画像となる。」 研究者らは、脳全体をスライスごとにマッピングし、数千の重複スペクトルを収集して、健康および疾患組織の高解像度分子マップを生成した。 大量のイメージングデータを分析するため、チームは機械学習手法を適用し、まず分子シグナルのパターンを特定するための非教師ありアプローチを使用し、次に既知のアルツハイマーおよび非アルツハイマーサンプルで訓練された教師ありモデルを使用して、異なる脳領域がアルツハイマー関連の化学をどの程度強く反映するかを評価した。 「アルツハイマー病による変化は脳全体に均等に広がっていないことがわかった」とWang氏は述べた。「一部の領域では強い化学変化が見られ、他の領域は影響が少ない。この不均一なパターンは、症状が徐々に現れる理由と、1つの問題に焦点を当てた治療法の成功が限定的な理由を説明するのに役立つ。」 研究者らによると、結果はアルツハイマー関連の化学変化がアミロイドプラークに限定されず、より広範な代謝差異を含むことを示唆している。彼らは、コレステロールとグリコーゲンのレベルが領域間で異なり、海馬や皮質を含む記憶関連領域で最大のコントラストが見られたと報告した。 「コレステロールは脳細胞構造の維持に重要であり、グリコーゲンは局所的なエネルギー貯蔵庫として機能する」とRiceの准教授で研究の責任著者のShengxi Huang氏は述べた。「これらの知見は、アルツハイマーがタンパク質の蓄積と誤折り畳みだけでなく、脳構造とエネルギー平衡のより広範な乱れを含むという考えを支持する。」 この研究はACS Applied Materials and Interfacesに掲載された。研究はNational Science Foundation、National Institutes of Health、およびWelch Foundationの支援を受けた、とRice大学のリリースで述べられている。 Wang氏は、この取り組みは脳組織の小領域からの測定から始まり、測定と分析を統合するための複数回のテストの後、全脳マッピングに拡大したと述べた。
