Duke biomedicinske ingeniører håber, at ny enhed kan opdage Alzheimers biomarkør

DURHAM – Biomedicinske ingeniører ved Duke University har udtænkt en ny billedbehandlingsenhed, der er i stand til at måle både tykkelsen og teksturen af de forskellige lag af nethinden bagerst i øjet. Fremskridtet kunne bruges til at opdage en biomarkør for Alzheimers sygdom, hvilket potentielt kan tilbyde et udbredt tidligt varslingssystem for sygdommen.

Resultaterne vises online i tidsskriftet Scientific Reports.

"Tidligere forskning har set en udtynding af nethinden hos Alzheimers patienter, men ved at tilføje en lysspredningsteknik til målingen har vi fundet ud af, at nethindens nervefiberlag også er mere ru og mere uordnet," siger Adam Wax, professor i biomedicinsk ingeniør hos Duke. "Vores håb er, at vi kan bruge denne indsigt til at skabe en nem og billig screeningsenhed, der ikke kun ville være tilgængelig på dit lægekontor, men også på steder som dit lokale apotek."

Diagnoser af Alzheimers sygdom stilles i øjeblikket først, efter at en patient begynder at vise symptomer på kognitiv tilbagegang. Selv da er den eneste måde at fastslå, at Alzheimers var årsagen, med dyre MR- og PET-scanninger eller gennem en obduktion. Men hvis sygdomsfremskridt kan standses gennem tidlige indgreb som medicin og mental træning, kan patienterne få en væsentligt forbedret livskvalitet. Det er derfor, forskere leder efter biomarkører, der kan bruges som tidlige advarselstegn på sygdommen.

En sådan potentiel biomarkør kommer fra nethinden, som bogstaveligt talt er en forlængelse af hjernen og en del af centralnervesystemet. Tidligere forskning har vist, at Alzheimers kan forårsage strukturelle ændringer i nethinden, især en udtynding af de indre nethindelag.

"Nethinden kan give let adgang til hjernen, og dens udtynding kan være tegn på et fald i mængden af neuralt væv, hvilket kan betyde, at Alzheimers er til stede," sagde Wax.

Andre sygdomme som glaukom og Parkinsons sygdom kan dog også forårsage en udtynding af nethinden. Inkonsekvente testresultater kan også komme fra forskelle mellem de maskiner, der oftest bruges til disse typer målinger, optisk kohærens tomografi (OCT) enheder, og hvordan forskere bruger dem.

I det nye papir viser Wax og hans kandidatstuderende Ge Song, at det øverste lag af neuroner i nethinden i en musemodel af Alzheimers sygdom udviser en ændring i deres strukturelle tekstur. Kombineret med data om ændringerne i tykkelsen af dette lag, kan den nye måling vise sig at være en lettere tilgængelig biomarkør for Alzheimers.

"Vores nye tilgang kan måle ruheden eller teksturen af nervefiberlaget i den indre nethinde," sagde Song. "Det kan give en hurtig og direkte måde at måle strukturelle ændringer forårsaget af Alzheimers, som har et stort potentiale som en biomarkør for sygdommen."

OCT er den optiske analog af ultralyd. Det virker ved at sende bølger af lys ind i væv og måle, hvor lang tid det tager at komme tilbage. Selvom det er en yderst nyttig billedbehandlingsteknik, der almindeligvis bruges til at stille en bred vifte af diagnoser, har den begrænsninger.

For at indsamle flere data tilføjede Wax and Song en måling kaldet vinkelopløst lavkohærens interferometri (a/LCI), som bruger vinklerne på det spredte lys til at indsamle mere information om vævets struktur. Ved at kombinere de to målinger kan forskerne udtrække både tykkelse og strukturel information om hvert lag af nethinden.

"A/LCI-målingerne supplerer tykkelsesmålingerne for at forbedre den potentielle anvendelighed af mere kvantitative biomarkører for Alzheimers," sagde Song. “Du kan ikke få teksturel og strukturel information om nethinden med OCT alene. Du har brug for begge billeddannelsesmodaliteter. Det er den vigtigste innovation."

Forskerne arbejder nu på at inkorporere denne ekstra evne i et billigt OCT-system, som Wax udvikler gennem et spinoff-firma kaldet Lumedica. Mens traditionelle OCT-maskiner vejer mere end 60 pund, fylder et helt skrivebord og koster et sted mellem $50.000 og $120.000, så vejer Wax's design fire pund, er omtrent på størrelse med en madkasse, og Wax forventer, vil blive solgt for mindre end $15.000.

Nøglen til Wax's design er en 3D-printet del, der bruger symmetri til at kompensere for mekaniske uoverensstemmelser, der kan opstå i traditionelle OCT-enheder på grund af ting så små som et subtilt temperaturskifte. Song har også arbejdet på et 3D-printet rotationsprisme, der gør det muligt for a/LCI at scanne hele nethinden.

"Vi er begejstrede, fordi denne forskning viser en ny måde at bruge billige OCT-teknologier på uden for blot at screene for traditionelle nethindesygdomme," sagde Wax. "Hvis vi kan bruge disse enheder som et vindue til tidlige tegn på neurodegenerative sygdomme, kan vi måske hjælpe folk med at komme ind i et behandlingsprogram for tidlig intervention, før det er for sent."

Denne forskning blev støttet af National Institutes of Health (R21AG056245, P30EY005722).

CITATION: "Multimodal kohærent billeddannelse af retinale biomarkører for Alzheimers sygdom i en musemodel," Ge Song, Zachary A. Steelman, Stella Finkelstein, Ziyun Yang, Ludovic Martin, Kengyeh K. Chu, Sina Farsiu, Vadim Y. Arshavsky, Adam Wax . Scientific Reports, 13. maj 2020. DOI: 10.1038/s41598-020-64827-2.

Original artikelkilde: WRAL TechWire