3D-avbildning bidrar till bättre förståelse för tidiga stadier av Alzheimers sjukdom
Med hjälp av en ny bildteknik för 3D har forskare vid bland annat Karolinska Institutet på ett övergripande sätt kunnat karakterisera en del av hjärnan som visar den kanske tidigaste ansamlingen av tau-protein, en viktig biomarkör för utvecklingen av Alzheimers sjukdom. Resultaten som publicerats i tidskriften Acta Neuropathologica kan i framtiden göra det möjligt att ha en mer exakt neuropatologisk diagnos av Alzheimers sjukdomsspektrum i ett mycket tidigt skede.
Intracellulär ackumulering av patologiskt tau-protein i hjärnan är ett kännetecken för flera åldersrelaterade neurodegenerativa sjukdomar, inklusive Alzheimers sjukdom, som står för 60-80 procent av alla demensfall över hela världen.
I en ny studie har forskare vid Karolinska Institutet, SciLifeLab i Stockholm och flera universitet från Ungern, Kanada, Tyskland och Frankrike tillämpat en toppmodern immunavbildningsteknologi, i kombination med ljusarkmikroskopi, för att undersöka en människas hjärnstammskärna, locus coeruleus, som är en viktig kärna i däggdjurshjärnan.
Tidiga stadier av Alzheimers sjukdom
Locus coeruleus är en liten och stavformad hjärnkärna som är mycket svår att studera med traditionell 2-dimensionell (2D) bildteknik.
Med hjälp av 3D-avbildning av mänsklig vävnad från avlidna upptäckte forskarna en spännande komplexitet och tidigare icke-beskrivna cellulära former av tau-patologi i denna hjärnregion redan i de tidiga stadierna av Alzheimers sjukdom.
– Vår studie visar att en gradvis skrumpning (atrofi) av dendritutskotten är det första morfologiska tecknet på degeneration av tau-bärande locus coeruleus-nervceller, alltså även före axonskador. Dendriter är den struktur som mottar impulser från andra nervceller och därmed är avgörande för kommunikationen i hjärnan. Degeneration av dendriter kan leda till allvarliga funktionsstörningar som till exempel överaktiva nervceller. Detta kan bidra till flera symptom som föregår uppkomsten av Alzheimers sjukdom, bland dem sömnstörningar, ångest och depression, som alla kan vara relaterade till en störd funktion av locus coeruleus, säger studiens sisteförfattare Csaba Adori, forskare vid institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet.
Stöder tidigare in vitro-upptäckter
3D-analys upptäckte en icke-slumpmässig fördelning av tau-bärande locus coeruleus-nervceller med en klustertendens. Forskarna upptäckte även att dendriterna hos intilliggande, klustrade tau-bärande nervceller ofta visade dendro-dendriska kontakter. Detta ligger i linje med teorin om att patologisk tau kan spridas via neuronala utskott från en nervcell till en annan, vilket tidigare in vitro-studier och djurförsök tyder på.
Dessutom visar forskarna att tau-patologi är mer framträdande i en del av locus coeruleus som projicerar till den främre hjärnans regioner som är hårdast drabbade av Alzheimers sjukdom.
Resultaten kan representera ett tydligt framsteg i förståelsen av hur hjärncellsarkitektur kan ha en inverkan på utvecklingen och spridningen av patologiskt tau-protein.
– Våra resultat bidrar till ytterligare förståelse för varför vissa hjärnregioner är mer påverkade av Alzheimers sjukdom än andra. Dessutom öppnar den nya metodiken som tillämpas på mänsklig vävnad vägen för mer exakta neuropatologiska diagnostiska procedurer, även i mycket tidiga stadier av Alzheimers sjukdomsspektrum. Detta bidrar förhoppningsvis till att utveckla effektivare förebyggande strategier för att förebygga Alzheimers sjukdom i framtiden, säger Csaba Adori.
Studien stöddes av Hjärnfonden, Olle Engkvists stiftelse, Åhlen-stiftelsen, Demensförbundet, Stiftelsen Lars Hiertas Minne, Karolinska Institutet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet, Rossy Family Foundation, Edmond J. Safra Philanthropic Foundation, och Hungarian National Brain Research Program.
På Csaba Adoris webbplats finns mer information och 3D-renderingar på engelska.
Publikation
”Spatiotemporal characterization of cellular tau pathology in the human locus coeruleus -pericoerulear complex by three-dimensional imaging”. Abris Gilvesy, Evelina Husen, Zsofia Magloczky, Orsolya Mihaly, Tibor Hortobágyi, Shigeaki Kanatani, Helmut Heinsen, Nicolas Renier, Tomas Hökfelt, Jan Mulder, Mathias Uhlén, Gabor G. Kovacs, Csaba Adori. Acta Neuropathologica, online 30 augusti 2022, doi: 10.1007/s00401-022-02477-6.