Parkinson, ultraczuły mikroskop do „zajrzenia” do mózgu

Neurolodzy – zwłaszcza ci badający chorobę Parkinsona – dobrze je znają: agregaty alfa-synukleiny, białko tworzące toksyczne agregaty w chorobie Parkinsona, wpływające na neurony dopaminowe zaangażowane w ruch. Celem jest zatem jak najszybsza identyfikacja tych agregatów lub zapobieganie ich powstawaniu. Jednak od zrozumienia ich wpływu na mózgi pacjentów do możliwości bezpośredniego „zobaczenia” ich w działaniu za pomocą narzędzi obrazowania dzieli nas jeszcze długa droga. Dlatego badania prowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Cambridge, University College London, Instytutu Francisa Cricka i Politechniki w Montrealu są tak ważne. Na łamach czasopisma „Nature Biomedical Engineering” zaprezentowali oni nową technologię, która w przyszłości może ułatwić wczesną diagnostykę i przyspieszyć rozwój metod leczenia tej choroby.

Globalne zagrożenie

Choroba Parkinsona to najszybciej rozwijająca się choroba neurologiczna na świecie. Szacuje się, że do 2050 roku na całym świecie będzie na nią chorować 25 milionów pacjentów. Chociaż leki łagodzące niektóre z jej najbardziej oczywistych objawów, takie jak drżenie kończyn, są już dostępne, a obiecujące strategie terapeutyczne oparte na genetyce lub medycynie regeneracyjnej są na horyzoncie, obecnie nie ma sposobu na spowolnienie ani całkowite zatrzymanie choroby.

Model mózgu w probówce

Dlatego tak ważne jest pełne zrozumienie mechanizmów molekularnych, które ją wyzwalają. Właśnie taki cel postawiła Sonia Gandhi (UCL Queen Square Institute of Neurology, Francis Crick Institute i National Hospital for Neurology and Neurosurgery), współautorka badania, która od lat pracuje nad modelami mózgu in vitro z wykorzystaniem komórek macierzystych pochodzących od pacjentów. Ale to nie wystarczy. Jedynym sposobem na zrozumienie tego, co dzieje się w ludzkim mózgu podczas choroby neurodegeneracyjnej, byłoby „zajrzenie do środka”. Oczywiście, nie jest to takie proste.

Widzieć niewidzialne: oligomery

Również dlatego, że to, co należy obserwować, jest niezwykle małe. Lekarze od dawna diagnozują chorobę Parkinsona na podstawie obecności dużych złogów synukleiny w mózgu, znanych jako „ciała Lewy'ego”. Jednak obecnie wiadomo, że uszkodzenia neuronów mogą być również spowodowane przez mniejsze skupiska, zwane oligomerami, o długości zaledwie kilku nanometrów i zbyt małe, aby można je było wykryć. „Ciała Lewy'ego są cechą charakterystyczną choroby Parkinsona, ale w zasadzie wskazują nam, gdzie choroba się rozwinęła, a nie gdzie jest teraz” – wyjaśnia Steven Lee z Uniwersytetu Cambridge, współautor badania. „Gdybyśmy mogli obserwować chorobę Parkinsona we wczesnym stadium, wiedzielibyśmy znacznie więcej o tym, jak rozwija się ona w mózgu i jak możemy ją leczyć”.

Ultraczuły mikroskop

Aby zwizualizować te maleńkie skupiska bezpośrednio w tkance ludzkiej, zespół zastosował technikę zwaną ASA-PD ( Advanced Sensing of Aggregates for Parkinson's Disease ), wykorzystującą ultraczułą mikroskopię fluorescencyjną do wykrywania i analizy milionów oligomerów w pośmiertnej tkance mózgowej. Ze względu na małe rozmiary oligomerów, ich sygnał jest wyjątkowo słaby. Dlatego wykorzystali instrument zdolny do maksymalizacji sygnału przy jednoczesnej redukcji szumu tła, co znacznie zwiększa czułość i umożliwia badanie pojedynczych oligomerów. Dzięki ASA-PD zespół badawczy po raz pierwszy mógł zaobserwować oligomery bezpośrednio w tkance ludzkiego mózgu. „Oligomery kiedyś były klasycznym „igłą w stogu siana” – mówi Lucien Wiess z Polytechnique Montréal – „ale teraz, gdy wiemy, gdzie się znajdują, możemy być w stanie celować w określone typy komórek w określonych obszarach mózgu”.

Nowe markery do wczesnej diagnostyki

Po obserwacji nadszedł czas na analizę. Zespół zbadał pośmiertne próbki tkanki mózgowej osób z chorobą Parkinsona i porównał je z próbkami zdrowych osób w tym samym wieku. Oligomery były obecne zarówno w mózgach zdrowych, jak i chorych, ale w tych drugich skupiska były liczniejsze, większe i jaśniejsze, co sugeruje bezpośredni związek z postępem choroby. Co więcej, naukowcy zaobserwowali również podklasę oligomerów obecną wyłącznie u osób z chorobą Parkinsona. Mogłyby to być markery choroby obecne na lata przed wystąpieniem objawów. W tym sensie zastosowana technologia pozwoliłaby na stworzenie kompleksowego atlasu zmian białkowych w mózgu i być może – jak mają nadzieję naukowcy – mogłaby znaleźć zastosowanie również w innych chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Huntingtona.