CARS & Raman mikro- and nanoskopi av mekanismerna bakom Alzheimers sjukdom

Forskningsprojekt, 2011 – 2015

Med en åldrande population och ökande allmän medvetenhet, ser vi hur Alzheimers sjukdom utvecklas till en folksjukdom som alltför många kommer att drabbas av antingen som patienter eller som anhöriga. Att långsamt följa hur talförmåga, tidsuppfattning, motorik, minne och personlighet tynar bort är smärtsamt med vetskapen om att det idag inte finns någon behandling som kan stoppa de nedbrytande processerna som sjukdomarna orsakar i hjärnvävnaden. Den stora bilden av vad som sker är bekant: proteinfragment aggregerar till ?plack? inuti och runt hjärncellerna, som förlorar sin funktion att sända ut signalsubstanser och slutligen dör. Däremot är förståelsen för vad som initierar denna biokemi samt hur de påföljande processerna är sammanlänkade i tid och rum på cellulär nivå marginell, trots stora forskningsinsatser. Först när vi har denna kunskap kan effektiva läkemedel utvecklas som hindrar kaskaden av nedbrytningsprocesser. För att analysera de biokemiska aktörerna i dessa processer krävs avancerad teknik. Idag använder man sig av biokemiska analyser och mikroskopi på preparerade cellextrakt. Detta innebär att proverna utsätts för nedbrytande kemikalier och att proteinaggregaten binds in med stora färgämnesmolekyler. En relevant fråga är då om resultaten som man rapporterar verkligen avspeglar skeendet i hjärnvävnaden. Om de biologiska makromolekylerna har samma beståndsdelar och form efter provpreparering som naturligt i vävnaden. Som ett av få ställen i Europa har vi utvecklat en ny mikroskopiteknik, CARS mikroskopi, där förekomsten av proteiner och lipider i ett vävnadsprov kan mappas till en bild genom att ?lyssna av? deras naturliga, karakteristiska molekylvibrationer. Man kan tänka sig det som den optiska mikroskopins motsvarighet till magnetröntgen (MR). Två laserstrålar sveps över provet och deras våglängdsskillnad bestämmer vilken molekylvibration som skall avbildas. Genom att ställa in laservåglängderna så att skillnaden motsvarar exempelvis kol-väte vibrationen i proteinaggregaten, kan 3-dimensionella bilder på deras storlek, form, och fördelning i oförstörda prover från hjärnvävnad samlas in med en sub-cellulär upplösning. Gruppens forskning blev nyligen uppmärksammad genom en intervju i Nature Methods. Förutom att samla in signalen på konventionellt sätt via ett mikroskopiobjektiv, kommer vi att använda oss av en optisk fiber prob med en 50 nm diameter, vilket möjliggör avbildning av enskilda beta-amyloid fibriller i placken. Genom att dessutom komplettera mikroskopiuppställningen med en känslig spektrometer skulle vi kunna utvärdera alla molekylvibrationer samtidigt i form av ett spektrum. En total biokemisk analys av proteiner och lipider i sin verkliga kontext ? opreparerad hjärnvävnad ? skulle då kunna ske med hög molekylär specificitet, exempelvis graden av oxideringsskador hos lipider och sekundärstrukturen hos proteinaggregaten etc. Denna avancerade teknik har stor potential att skapa nya insikter i inte enbart det biokemiska skeendet som orsakar Alzheimers sjukdom, utan även effekterna av nya molekylärt riktade läkemedel. CARS/Raman mikroskopi kan således få samma betydelse för Alzheimers forskningen om 5-10 år som PET och MR har idag. Klart är att behovet av avancerade avbildningsmetoder kommer att öka med kraven på ökande kunskap och att utvecklingen av avancerade tekniker kommer att behöva premieras i allt högre grad för att säkerställa att morgondagens kliniska forskare har tillgång till de verktyg som behövs för att föra forskningen och kunskapen inom området framåt.