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三维 X 射线图像聚焦神经退行性疾病

导读 受神经退行性疾病影响的大脑部分会发生什么变化?神经元的结构如何变化?使用标准显微镜很容易识别组织中的一些病理变化。例如,阿尔茨海默病...

受神经退行性疾病影响的大脑部分会发生什么变化?神经元的结构如何变化?使用标准显微镜很容易识别组织中的一些病理变化。例如,阿尔茨海默病中出现的被称为“斑块”的蛋白质沉积物可以通过染色技术看到。然而,除非对三维结构进行完全数字化和分析,否则病理变化也可能具有更微妙的性质,很容易被遗漏。哥廷根大学和哥廷根大学医学中心的研究人员现在发现了一种新技术,可以在三个维度和高分辨率下测量和量化神经元组织结构,这使他们能够识别阿尔茨海默氏症神经元的变化。结果发表在美国国家科学院院刊(PNAS)。

该团队开发了一种特殊的 X 射线成像方法,使他们能够检测组织样本中神经元细胞核中以前未知的转变来自阿尔茨海默病患者的海马体。这些变化表明神经元的活动发生了变化。科学家检查了海马体的神经元组织,海马体是记忆从短期记忆转移到长期记忆的大脑区域。首先使用相衬断层扫描对只有几毫米宽的化学固定组织样本进行 X 射线检查。研究人员使用了一种特殊的相衬断层扫描仪,由哥廷根大学 X 射线物理研究所的 Tim Salditt 教授领导的团队在德国电子同步加速器 (DESY) 的 PETRA III 存储环上安装了该成像仪.断层扫描仪可用于对仅微弱吸收 X 射线或根本不吸收 X 射线的组织成像。这意味着大量的组织可以完整地记录下来,而不会损坏样品,也不需要耗时的准备工作。

“要做到这一点,必须首先使用特殊算法将来自高度放大投影的三维图像聚焦在计算机上,以获得像素大小在万分之一毫米范围内的三维图像,”解释说Marina Eckernn,该论文的第一作者。使用样本的这个“数字双胞胎”,机器学习可以用来识别神经元——可兴奋细胞使用电脉冲和化学信号在大脑的不同区域之间发送信息。使用来自哥廷根大学计算机科学研究所 Bernhard Schmitzer 教授开发的“最佳传输理论”的新数学方法,可以将不同个体的细胞群相互比较,而无需定义正在使用哪些假设或样本是否属于特定患者组。

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