Australiska synkrotronröntgen- och infraröda avbildningstekniker har använts i ett kraftfullt kombinerat tillvägagångssätt för att karakterisera sammansättningen av amyloidplack som är associerade med Alzheimers sjukdom.

Alzheimers sjukdom är ett stort internationellt hälsoproblem som står för 50-75 procent av alla demensfall i Australien. Mer än 400, 000 australier lever med demens och det är den näst vanligaste dödsorsaken.

Amyloidplack är komplexa proteinfragment som ackumuleras mellan nervceller i hjärnan och kan förstöra förbindelser mellan dem, och är kännetecken för Alzheimers sjukdom.

"Dock, det är fortfarande inte känt om placken orsakar Alzheimers eller om Alzheimer orsakar deras bildning, vilket är anledningen till att vi måste förbättra vår förståelse av proteinstrukturer inom plack, och den molekylära och elementära sammansättningen av vävnad som omger placken ", säger Dr Mark Hackett från Curtin University, som ledde forskningen.

Studien publicerades tidigare under året i Biokemi .

Eftersom mycket få metoder ger tillräcklig kemisk information för att studera plackens sammansättning och fördelning i skuren vävnad, utredarna beslutade att kombinera Synchrotrons spektroskopiska tekniker med ytterligare avbildningsmetoder, Ramanspektroskopi och fluorescensmikroskopi.

"Det är någonting som verkligen inte har gjorts tidigare i Australien och visar kraften i tillvägagångssättet", sa den australiensiska forskaren Synchrotron instrument David Paterson. Han och Dr Mark Tobin från Synchrotron var bland ett stort team av medarbetare från Curtin University, University of Saskatchewan och University of Adelaide.

Metaller har länge associerats med amyloidplack och Alzheimers, och ett antal ledande internationella forskargrupper har använt synkrotrontekniker för att avslöja metallfördelning inom plack. Dock, metallers exakta roll vid Alzheimers sjukdom är fortfarande okänd, "därför är det viktigt att korrelera metallkoncentration och distribution inom plack till förändringar av viktiga biokemiska parametrar, såsom lipider och proteiner ", säger Paterson, som hjälpte till med insamling och analys av röntgenfluorescensmikroskopidata (XFM).

Den ljusa röntgenstrålkällan som produceras av den australiensiska synkrotronen är en stor fördel för XFM.

"Du har en hög energi röntgen som kommer in och om den absorberas av en järnatom kommer den att åter avge röntgenstrålar med en mycket specifik energi och vi har detektorer som kan se skillnaden mellan röntgenstrålarna som kommer från järn eller koppar. Ju fler järnatomer det finns på en viss plats, ju mer fluorescens vi kommer att se därifrån, sa Paterson.

Inte bara kan XFM skilja mellan olika element, men röntgenfluorescensmikroskopi är en direkt avbildningsteknik som inte innebär någon färgning. Det här är verkligen viktigt, som de typiska färgningsmetoderna som ofta används för att studera Alzheimers sjukdom, kan ta bort viktig kemisk information från vävnaden.

"För att kunna studera metall- och molekylfördelning, utan färgning, är en riktigt unik förmåga, och möjliggörs med synkrotronljus, säger Hackett.

XFM -strållinjen användes för att komplettera Raman -spektroskopi och infraröd mikrospektroskopi för att bestämma platsen för specifika metaller inom placken och molekylklasser som lipider, kolesterol och aggregerat protein. Resultaten indikerade att intensivt zink och lite järn hittades i plackkärnan, medan koppar sprids ut i en molnliknande form vid periferin. "

"Eftersom du kan lägga över fluorescensbilderna för varje element, du får en användbar kemisk komposit av placket, sa Paterson.

Stödjer XFM -data, infraröd bildbehandling och Raman -mikroskopi gav avgörande information om molekylstrukturen inom placken, I detta fall, närvaron och mängden lipider. Förvånande, medan aggregerade proteiner befanns lokalisera med Zn och Fe i plackkärnan, lipider befanns lokalisera med Cu vid plackperiferin.

"I detta skede, vi är osäkra på den exakta innebörden av samlokalisering av lipider och Cu i plackkärnan, dock, vi har nu en avbildningsmetodik som gör att vi kan studera detta i framtiden, vilket är ett viktigt steg framåt ", sa Hackett.

"IR -mikrospektroskopi, när det kompletterades med Raman -mikrospektroskopi indikerade att det var en ökning av halterna av koppar och lipider vid plattans periferi, "sa instrumentforskaren Dr Mark Tobin, som hjälpte till med datainsamling och analys av Synchrotron -källan FTIR.

"Framtida forskning om samspelet mellan koppar och lipiderna i amyloidplacken är värd att undersökas ytterligare." sa Hackett.