X-quang 3D tiết lộ tác động thần kinh của bệnh Alzheimer

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp hình ảnh X-quang đặc biệt cho phép họ phát hiện sự chuyển tiếp chưa từng được biết đến trước đây trong các hạt nhân tế bào thần kinh trong các mẫu mô từ vùng hippocampus của bệnh nhân Alzheimer. Những thay đổi này cho thấy hoạt động thay đổi của các tế bào thần kinh. Các nhà khoa học đã kiểm tra mô thần kinh từ vùng hippocampus, một vùng não nơi ký ức được chuyển từ trí nhớ ngắn hạn sang dài hạn. Các mẫu mô cố định hóa học chỉ rộng vài milimet lần đầu tiên được chụp X-quang bằng cách sử dụng chụp cắt lớp tương phản pha. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một máy hút thuốc tương phản pha đặc biệt, mà nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Giáo sư Tim Salditt từ Viện Vật lý tia X tại Đại học Göttingen, đã thiết lập tại vòng lưu trữ PETRA III tại Electron Synchrotron (DESY) của Đức. Tomograph có thể được sử dụng để hình ảnh mô chỉ hấp thụ yếu tia X, hoặc không hề. Điều này có nghĩa là khối lượng lớn mô có thể được ghi lại toàn bộ, mà không làm hỏng các mẫu và không cần chuẩn bị tốn thời gian.

"Để làm điều này, hình ảnh ba chiều từ các phép chiếu phóng đại cao trước tiên phải tập trung vào máy tính bằng cách sử dụng các thuật toán đặc biệt để có được hình ảnh ba chiều với kích thước pixel trong phạm vi một phần nghìn milimet", Marina Eckermann, tác giả đầu tiên của bài báo giải thích. Sử dụng "cặp song sinh kỹ thuật số" này của mẫu, học máy sau đó có thể được sử dụng để xác định các tế bào thần kinh - các tế bào dễ bị kích thích sử dụng xung điện và tín hiệu hóa học để gửi thông tin giữa các khu vực khác nhau của não. Sử dụng các phương pháp toán học mới từ "lý thuyết vận chuyển tối ưu", được phát triển bởi Giáo sư Bernhard Schmitzer tại Viện Khoa học Máy tính tại Đại học Göttingen, quần thể tế bào của các cá nhân khác nhau có thể được so sánh với nhau mà không cần phải xác định giả thuyết nào đang được sử dụng hoặc liệu các mẫu thuộc về một nhóm bệnh nhân cụ thể hay không. Việc so sánh các đặc điểm cấu trúc không chỉ đề cập đến các giá trị trung bình của các tế bào thần kinh tương ứng, mà còn đề cập đến từng tế bào được phát hiện của mỗi cá nhân.

"Những kết quả mới này cho thấy trong bệnh Alzheimer, các hạt nhân tế bào trong một tiểu vùng ở vùng hippocampus thay đổi thành nhỏ gọn hơn và có nhiều hỗn hợp các cấu trúc khác nhau", Giáo sư Tim Salditt từ Đại học Göttingen cho biết. "Điều này dẫn đến tỷ lệ DNA dày đặc cao hơn trong nhân tế bào và DNA được đọc ra ít thường xuyên hơn. Liệu những thay đổi quan sát được trong nhân tế bào cũng đóng một vai trò nhân quả trong sự phát triển của bệnh hay không vẫn còn phải được nhìn thấy" - Giáo sư Christine Stadelmann-Nessler, Giám đốc Viện Thần kinh học tại Trung tâm Y tế Đại học Göttingen giải thích.

Reference: Eckermann M, Schmitzer B, Meer F van der, et al. Three-dimensional virtual histology of the human hippocampus based on phase-contrast computed tomography. PNAS. 2021;118(48). doi: 10.1073/pnas.2113835118