Cientistas da Universidade Rice dizem que criaram o primeiro atlas molecular completo sem etiquetas de um cérebro com Alzheimer em um modelo animal, combinando imagem Raman hiperespectral com aprendizado de máquina para mapear mudanças químicas que aparecem de forma desigual em regiões do cérebro e se estendem além das placas amiloides.
Cientistas da Universidade Rice relatam que examinaram tecido cerebral de animais saudáveis e animais com doença de Alzheimer para criar um atlas molecular do cérebro sem etiquetas. Para fazer isso, a equipe usou imagem Raman hiperespectral, um método baseado em laser que detecta as “impressões digitais” químicas das moléculas. Como a abordagem é sem etiquetas, as amostras de tecido não foram tratadas com corantes, proteínas fluorescentes ou tags moleculares, disseram os pesquisadores. “A espectroscopia Raman tradicional faz uma medição de informação química por local molecular”, disse Ziyang Wang, estudante de doutorado em engenharia elétrica e de computação na Rice e primeiro autor do estudo. “A imagem Raman hiperespectral repete essa medição milhares de vezes em toda uma fatia de tecido para construir um mapa completo. O resultado é uma imagem detalhada mostrando como a composição química varia em diferentes regiões do cérebro.” Os pesquisadores disseram que mapearam cérebros inteiros fatiados por fatiados, coletando milhares de espectros sobrepostos para gerar mapas moleculares de alta resolução de tecido saudável e doente. Para analisar o grande volume de dados de imagem, a equipe aplicou métodos de aprendizado de máquina, primeiro usando abordagens não supervisionadas para identificar padrões em sinais moleculares e depois modelos supervisionados treinados em amostras conhecidas de Alzheimer e não-Alzheimer para avaliar quão fortemente diferentes regiões do cérebro refletiam química relacionada ao Alzheimer. “Encontramos que as mudanças causadas pela doença de Alzheimer não se espalham uniformemente pelo cérebro”, disse Wang. “Algumas regiões mostram mudanças químicas fortes, enquanto outras são menos afetadas. Esse padrão desigual ajuda a explicar por que os sintomas aparecem gradualmente e por que tratamentos que focam em apenas um problema tiveram sucesso limitado.” De acordo com os pesquisadores, os resultados sugerem que as mudanças químicas relacionadas ao Alzheimer não estão confinadas às placas amiloides e incluem diferenças metabólicas mais amplas. Eles relataram que os níveis de colesterol e glicogênio variaram entre regiões, com os maiores contrastes em áreas ligadas à memória, incluindo o hipocampo e o córtex. “O colesterol é importante para manter a estrutura das células cerebrais, e o glicogênio serve como reserva de energia local”, disse Shengxi Huang, professora associada na Rice e autora correspondente do estudo. “Juntos, essas descobertas apoiam a ideia de que o Alzheimer envolve disrupções mais amplas na estrutura cerebral e no equilíbrio energético, não apenas acúmulo e dobramento incorreto de proteínas.” O estudo foi publicado em ACS Applied Materials and Interfaces. A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation, National Institutes of Health e Welch Foundation, de acordo com o comunicado da Universidade Rice. Wang disse que o esforço começou com medições de pequenas áreas de tecido cerebral e depois se expandiu para mapeamento de cérebro inteiro após múltiplas rodadas de testes para integrar as medições e análises.
