Sinar-X memberi cahaya baru pada Alzheimer
Spotlights

Sinar-X memberi cahaya baru pada Alzheimer

Investigasi mengungkapkan perubahan yang tidak diketahui pada jaringan saraf pasien.

Perubahan apa yang terjadi pada bagian otak yang terkena penyakit neurodegeneratif? Bagaimana struktur neuron berubah? Beberapa perubahan patologis pada jaringan mudah diidentifikasi menggunakan mikroskop standar. Misalnya, deposit protein yang dikenal sebagai “plak”, yang terjadi pada penyakit Alzheimer, dapat dilihat dengan teknik pewarnaan. Namun, perubahan patologis juga dapat bersifat lebih halus dan mudah terlewatkan kecuali ada digitalisasi dan analisis lengkap dari struktur tiga dimensi. Para peneliti di University of Göttingen dan University Medical Center Göttingen kini telah menemukan teknik baru untuk mengukur dan mengukur arsitektur jaringan saraf dalam tiga dimensi dan pada resolusi tinggi dengan bantuan sumber sinar-X yang sangat brilian dari DESY, PETRA III. Hasilnya, yang memungkinkan mereka untuk mengidentifikasi perubahan neuron pada Alzheimer, dipublikasikan di jurnal Prosiding National Academy of Sciences (PNAS).

Gambar menunjukkan inti sel saraf dentus gyratus (kuning) dan pembuluh darah terkait (merah). Dengan memvariasikan perbesaran optik sinar-X, seseorang dapat ‘memperbesar’ pita neuron yang padat (dalam oval merah) dan juga menyelesaikan substruktur inti sel (oval biru). Studi menunjukkan perubahan struktur inti sel yang terjadi pada penyakit Alzheimer menuju struktur yang lebih kompak dan heterogen, yang dapat dijelaskan dengan perubahan kerapatan pengepakan DNA. Kredit: Universitas Göttingen, Marina Eckermann/Tim Salditt

Tim mengembangkan metode pencitraan sinar-X khusus yang memungkinkan mereka mendeteksi transisi yang sebelumnya tidak diketahui dalam inti sel saraf dalam sampel jaringan dari hipokampus pasien Alzheimer. Perubahan menunjukkan aktivitas neuron yang berubah. Para ilmuwan memeriksa jaringan saraf dari hippocampus, wilayah otak di mana ingatan ditransfer dari ingatan jangka pendek ke ingatan jangka panjang. Sampel jaringan yang difiksasi secara kimia hanya dengan lebar beberapa milimeter pertama kali dirontgen menggunakan tomografi fase-kontras. Para peneliti menggunakan tomografi fase-kontras khusus, yang telah disiapkan oleh tim, yang dipimpin oleh Tim Salditt dari Institut Fisika sinar-X di Universitas Göttingen di PETRA III beamline P10. Tomografi dapat digunakan untuk mencitrakan jaringan yang hanya menyerap sinar-X dengan lemah, atau tidak sama sekali. Ini berarti bahwa volume besar jaringan dapat direkam secara keseluruhan, tanpa merusak sampel dan tanpa persiapan yang memakan waktu.
“Untuk melakukan ini, gambar tiga dimensi dari proyeksi yang sangat diperbesar pertama-tama harus difokuskan pada komputer menggunakan algoritma khusus untuk mendapatkan gambar tiga dimensi dengan ukuran piksel dalam kisaran sepersepuluh ribu milimeter,” jelas Marina Eckermann, penulis pertama makalah ini. Dengan menggunakan sampel “kembar digital” ini, pembelajaran mesin kemudian dapat digunakan untuk mengidentifikasi neuron – sel yang dapat dirangsang yang menggunakan impuls listrik dan sinyal kimia untuk mengirim informasi di antara berbagai area otak. Menggunakan metode matematika baru dari “teori transportasi optimal”, yang dikembangkan oleh Bernhard Schmitzer di Institut Ilmu Komputer di Universitas Göttingen, populasi sel dari individu yang berbeda dapat dibandingkan satu sama lain tanpa harus menentukan hipotesis mana yang digunakan atau apakah sampel milik kelompok pasien tertentu. Perbandingan fitur struktural tidak hanya mengacu pada nilai rata-rata dari neuron yang sesuai, tetapi untuk setiap sel yang terdeteksi dari setiap individu.

“Hasil baru ini menunjukkan bahwa pada penyakit Alzheimer, inti sel di subbagian di hipokampus berubah menjadi lebih kompak dan memiliki lebih banyak campuran struktur yang berbeda,” kata Salditt. “Hal ini menyebabkan proporsi DNA padat yang lebih tinggi dalam inti sel dan DNA menjadi lebih jarang dibaca. Apakah perubahan yang diamati pada inti sel juga memainkan peran kausal dalam perkembangan penyakit masih harus dilihat, ”jelas Christine Stadelmann-Nessler, Direktur Institut Neuropatologi di Pusat Medis Universitas Göttingen.

Penelitian ini dimungkinkan berkat kolaborasi interdisipliner antara Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging dan Pusat Penelitian Kolaboratif “Mathematics of Experiment” di Universitas Göttingen yang didanai oleh German Research Foundation (DFG).

Referensi:

M.Eckermann, dkk. “Histologi virtual tiga dimensi dari hippocampus manusia berdasarkan tomografi terkomputasi fase-kontras”. PNAS 118.48, e2113835118 (2021).

Sumber: DESY



Posted By : angka keluar hk