Ricerche

Una tecnologia con sonde RM mostra per la prima volta le tossine cerebrali dell'Alzheimer in animali viventi.

Oligomeri di amiloide-beta si legano ai neuroni e sono distinti dalle placche amiloidi. La sezione di cervello di un topo anziano modello di Alzheimer sondate con anticorpi contro oligomeri Abeta (568-NU4, rosso) e placche amiloidi (ThS, verde). Le immagini dimostrano che gli oligomeri Abeta (568-NU4) sono spesso associati con, ma distinti da, le placche amiloidi (ThS). Dove si sovrappongono sia le placche amlioidi (verde) che gli oligomeri ABeta (rosso) il colore diventa giallo. La marcatura NU4 è più abbondante rispetto alla colorazione ThS. (Fonte: Adattato da Viola et al., Nature Nanotechnology, 2014)Non esistono attualmente metodi per la diagnosi precoce dell'Alzheimer, che colpisce una persona su 9 oltre i 65 anni.

Ora, un team interdisciplinare di scienziati e ingegneri della Northwestern University ha sviluppato un approccio non invasivo con scansioni di risonanza magnetica (RM) in grado di rilevare la malattia in un animale vivente.

E può farlo nelle prime fasi della malattia, ben prima della comparsa dei sintomi tipici del morbo.

Il team di ricerca, guidato dal neuroscienziato William L. Klein e dallo scienziato dei materiali Vinayak P. Dravid, ha sviluppato una sonda per RM che abbina una nanostruttura magnetica (MNS) con un anticorpo che cerca la tossina cerebrale amiloide-beta, responsabile dell'insorgenza della malattia. Per merito delle nanostrutture magnetiche associate, le tossine accumulate appaiono come aree scure sulla risonanza magnetica del cervello.

Questa capacità di rilevare le tossine molecolari un giorno potrebbe consentire agli scienziati sia di individuare presto i guai, sia di progettare farmaci o terapie migliori per combattere e monitorare la malattia. E, pur non essendo centrale allo studio, i primi dati disponibili indicano anche che la sonda RM migliora la memoria, legandosi alle tossine e «ammanettandole» per impedire loro di fare ulteriori danni.

"Abbiamo un nuovo metodo di visualizzare il cervello, in grado di rilevare la tossina che porta all'Alzheimer", ha detto Klein, che ha ha identificato per primo gli oligomeri di amiloide-beta nel 1998. E' professore di neurobiologia nel Weinberg College of Arts and Sciences. "Con la RM possiamo vedere le tossine collegate ai neuroni nel cervello. Ci aspettiamo di utilizzare questo strumento per rilevare questa malattia precocemente e aiutare a identificare i farmaci che possono effettivamente eliminare la tossina e migliorare la salute".

Con la riuscita della dimostrazione della sonda RM, i ricercatori della Northwestern hanno ora posto le basi molecolari della causa, dell'individuazione non invasiva via RM e del trattamento dell'Alzheimer. Dravid ha introdotto l'approccio con questa nanostruttura magnetica di contrasto RM per l'Alzheimer a seguito del suo lavoro precedente che usava vettori MNS come nanotecnologie intelligenti per la diagnostica e la terapia di tumori specifici. (Un MNS è in genere da 10 a 15 nanometri di diametro, un nanometro è un miliardesimo di metro).

I dettagli della nuova diagnostica per l'Alzheimer sono stati pubblicati ieri 22 dicembre sulla rivista Nature Nanotechnology. Klein e Dravid sono gli autori co-corrispondente.

L'impatto emotivo ed economico dell'Alzheimer è devastante. Quest'anno, il costo diretto della malattia negli Stati Uniti supera i 200 miliardi di dollari, secondo l'Alzheimer's Association. Entro il 2050, quel costo dovrebbe essere di 1.100 miliardi dollari con l'invecchiamento dei baby boomer. E queste cifre non includono il tempo perso dai caregivers.

Questa nuova tecnologia di sonda RM rileva qualcosa di diverso dalla tecnologia convenzionale: oligomeri tossici di amiloide-beta, invece delle placche, che sono presenti in una fase dell'Alzheimer quando un intervento terapeutico potrebbe essere troppo tardivo. Gli oligomeri di amiloide-beta sono ora ampiamente ritenuti i colpevoli dell'insorgenza della malattia e della conseguente perdita di memoria.

In un cervello malato, gli oligomeri di amiloide-beta mobili attaccano le sinapsi dei neuroni, distruggendo la memoria e provocando la morte dei neuroni. Col passare del tempo, l'amiloide-beta si accumula e comincia a stare insieme, formando le placche amiloidi che puntano le sonde attuali. Gli oligomeri possono apparire più di un decennio prima che siano rilevate le placche.

"La scansione non invasiva via RM degli oligomeri di amiloide-beta è un enorme passo avanti verso la diagnosi di questa malattia debilitante nella sua forma iniziale" ha detto Dravid, Professore di Scienza dei Materiali e Ingegneria alla Scuola McCormick di Ingegneria e Scienze Applicate.

C'è un grande bisogno di ciò che sta facendo il team di ricerca della Northwestern: identificare e rilevare il biomarcatore corretto per scoprire nuovi farmaci. Nonostante gli sforzi straordinari, non esistono ancora farmaci efficaci per l'Alzheimer. "Questo metodo di RM potrebbe essere usato per determinare quanto funziona un nuovo farmaco", ha detto Dravid. "Se un farmaco è efficace, ci si aspetta che il segnale dell'amiloide-beta scenda".

La sonda non tossica di RM è stata introdotta via intranasale a topo modelli di Alzheimer e a topi di controllo senza la malattia. Negli animali con Alzheimer, la presenza delle tossine può essere vista chiaramente nell'ippocampo con la RM del cervello. Nessuna area scura, tuttavia, è stata osservata nell'ippocampo del gruppo di controllo.

Secondo Klein, la capacità di rilevare oligomeri di amiloide-beta è importante per due motivi: gli oligomeri di amiloide-beta sono le tossine che danneggiano i neuroni, e gli oligomeri sono il primo segno di difficoltà nel processo di malattia, che appare prima di qualsiasi altra patologia.

Klein, Dravid ed i loro colleghi hanno anche osservato che il comportamento degli animali con Alzheimer è migliorato dopo aver ricevuto anche una singola dose della sonda RM. "Anche se sono preliminari, i dati suggeriscono che la sonda potrebbe essere usata non solo come strumento diagnostico ma anche come terapia", ha detto Kirsten L. Viola, co-autore dello studio e dirigente di ricerca nel laboratorio di Klein.

Oltre agli studi sugli animali vivi, il team di ricerca ha studiato anche del tessuto cerebrale umano del Cognitive Neurology and Alzheimer's Disease Center della Northwestern. I campioni provenivano da persone morte di Alzheimer e da coloro che non avevano la malattia. Dopo aver introdotto la sonda RM, i ricercatori hanno visto grandi aree scure nel cervello di Alzheimer, che indicavano la presenza di oligomeri di amiloide-beta.

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Oltre a Klein, Dravid e Viola, altri autori della ricerca provengono dalla Northwestern University, dalla Universidade Federal de Santa Catarina in Brasile, dalla Illinois Mathematics and Science Academy, e dalla North Shore University Health Systems.

Fonte: Northwestern University via EurekAlert! (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:  Kirsten L. Viola, James Sbarboro, Ruchi Sureka, Mrinmoy De, Maíra A. Bicca, Jane Wang, Shaleen Vasavada, Sreyesh Satpathy, Summer Wu, Hrushikesh Joshi, Pauline T. Velasco, Keith MacRenaris, E. Alex Waters, Chang Lu, Joseph Phan, Pascale Lacor, Pottumarthi Prasad, Vinayak P. Dravid, William L. Klein. Towards non-invasive diagnostic imaging of early-stage Alzheimer's disease. Nature Nanotechnology, 2014; DOI: 10.1038/nnano.2014.254

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