Nytt ljus över Alzheimers sjukdom

För att förstå vad som händer i hjärnan när Alzheimer uppstår och sjukdomen utvecklas, måste forskare kunna studera molekylstrukturer i nervceller som påverkats av Alzheimers sjukdom. Nu har forskning vid Lunds universitet testat en ny avbildningsmetod som kan göra just det. Forskningen lyftes på omslaget till tidskriften Advanced Science.

Vid Alzheimers sjukdom bildas så kallade beta-amyloida plack i hjärnan och nervceller i hjärnan dör. När placken blir synliga i hjärnvävnaden har sjukdomen redan pågått en längre tid. I takt med att allt fler nervceller dör uppstår minnesstörningar och efterhand förlorar personen allt fler av sina minnen. Men vad är det som sker i själva nervcellerna innan dessa amyloida plack uppstår och varför dör nervceller?

– Det är en fråga som vi forskare brottats med länge för att finna svar på, men vi har inte haft tillräckligt bra avbildningstekniker för att kunna studera dessa tidiga strukturella förändringarna i nervcellerna. Det behövs för att vi bättre ska kunna förstå vad det är som triggar igång sjukdomen, säger forskaren Oxana Klementieva, gruppledare för medicinsk mikrospektroskopi vid Lunds universitet.

Med hjälp av en ny metod, optisk fototermisk spektroskopi, O-PTIR, har forskare vid Lunds universitet samarbetat med kollegor vid Synchrotron SOLEIL i Frankrike för att studera proteinstrukturer inuti nervceller utan att använda den kemiska bearbetningen av nervcellerna som krävs för andra bildtekniker och som kan påverka just de strukturer som forskarna vill studera.

– Vi såg att proteinernas struktur förändras på olika sätt beroende på var i nervcellen de finns; i en del av nervcellen såg vi en typ av strukturförändringar, men på en annan plats såg vi andra typer av förändringar. Hittills har det inte funnits metoder som kan producera den här typen av bilder som ger oss en insikt i hur de första molekylära förändringarna ser ut i nervceller vid Alzheimers sjukdom, säger Oxana Klementieva.

Tidigare har Oxana Klementieva och hennes kollegor visat att tidiga strukturförändringar i beta-amyloid, det protein som antas spela en central roll för sjukdomens utveckling, inträffar innan det att placken bildas. Forskarteamets målsättning är nu att undersöka var i cellen som dessa strukturförändringar uppstår, och om det skulle kunna förklara mekanismerna bakom Alzheimers sjukdom.

– Och beror det på flera olika mekanismer, vilket jag tror, behöver vi också olika typer av behandlingar, säger Oxana Klementieva.

Forskarna har med den nya metoden kunnat avbilda nervceller påverkade av Alzheimers i tidig fas, hos möss, innan nervcellen dött, kunskap som är viktig när man kartlägger sjukdomsmekanismerna. Oxana Klementieva menar att den nya tekniken också kan användas för att studera proteinstrukturer involverade i andra sjukdomar som drabbar hjärnan, till exempel Parkinsons sjukdom, Lewy Body demens och frontallobsdemens.

Gunnar Gouras, professor i experimentell neurologi vid Lunds universitet som också medverkat i studien, menar att teknikutveckling likt den här är nödvändig för att forskarna ska kunna förstå hjärnans komplexa sjukdomar. Han påpekar att Sverige är världsledande när det gäller att utveckla nya sätt att mäta biomarkörer och diagnosticera, men att vi fortfarande inte förstår hur och vilka sjukdomsmekanismer som bryter ned nervcellerna.

– Orsaken till varför vi ännu inte har bra behandlingar för Alzheimers sjukdom beror på hjärnans komplexitet, säger Gunnar Gouras.

För att beskriva komplexiteten jämför han hjärnan med hjärtat.

– Hjärtat är i sig är en komplex muskel och som likt alla våra andra organ kontrolleras av hjärnan – hjärnans nervceller sträcker sig på så vis ut i hela kroppen. Det är enormt komplext. Den här avbildningsmetoden som vi nu använt ger en unik möjlighet att studera komplexiteten på ett sätt vi inte kunnat göra tidigare.

Gunnar Gouras lyfter fram de starka forskningsmiljöerna i Lund, med MAX IV och kommande ESS, och vikten av att ha tillgång till sådana banbrytande tekniker.

– Det är viktigt att vi forskare använder dessa nya verktyg och metoder för att studera specifika sjukdomsmekanismer. Då kan vi ta stora kliv framåt mot behandlingar, säger Gunnar Gouras.

Publikation
“Alzheimer’s Disease: Super‐Resolution Infrared Imaging of Polymorphic Amyloid Aggregates Directly in Neurons”
Advanced Science 18 Mars 2020 https://doi.org/10.1002/advs.202070030