神經(jīng)科學(xué)研究為提高阿爾茨海默病的診斷和治療鋪平了道路
一項(xiàng)新研究通過(guò)使用的全腦建模技術(shù),成功地利用數(shù)學(xué)和計(jì)算模擬工具測(cè)量了阿爾茨海默病相關(guān)的兩種蛋白質(zhì)之間的相互作用,為設(shè)計(jì)新的生物標(biāo)志物以改善其診斷流程和治療方法的未來(lái)研究鋪平了道路。
龐培法布拉大學(xué)
1月15日消息
西班牙龐培法布拉大學(xué)(Pompeu Fabra University,UPF)腦與認(rèn)知中心(Center for Brain and Cognition,CBC)和西班牙赫羅納大學(xué)(University of Girona,UdG)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)和圖形交互(Visualization, Virtual Reality and Graphics Interaction ,ViRVIG)研究小組的研究人員推動(dòng)了這項(xiàng)研究,揭示了阿爾茨海默病相關(guān)的兩種蛋白質(zhì)之間相互作用的新知識(shí),這兩種蛋白質(zhì)在神經(jīng)元組織中的積累與疾病有關(guān)。研究的結(jié)果最近發(fā)表在《阿爾茨海默病研究與治療》(Alzheimer's Research & Therapy)雜志上。
研究于2023年12月5日發(fā)表在《Alzheimer's Research & Therapy》(最新影響因子:8.831)雜志上
關(guān)于阿爾茨海默病病因的主流理論表明,它們與兩種蛋白質(zhì),β-淀粉樣蛋白(Aβ)和 tau 蛋白在神經(jīng)元組織中的異常積累有關(guān),但關(guān)于引發(fā)這種神經(jīng)退行性疾病的過(guò)程仍有許多未知。迄今為止,大多數(shù)科學(xué)研究都分析了其中一種蛋白質(zhì)(Aβ)對(duì)神經(jīng)元?jiǎng)恿W(xué)的影響,但沒(méi)有深入研究它與阿爾茨海默病患者 tau 蛋白之間的復(fù)雜相互作用。
最近的神經(jīng)科學(xué)研究提供了關(guān)于這兩種蛋白質(zhì)在阿爾茨海默病患者大腦中的動(dòng)態(tài)和復(fù)雜相互作用的有趣進(jìn)展。他們的研究結(jié)果為設(shè)計(jì)新的生物標(biāo)志物以改善其診斷流程和治療方法的未來(lái)研究鋪平了道路。
Gustavo Patow (ViRVIG-UdG和CBC-UPF)斷言:“阿爾茨海默病是一種神經(jīng)退行性疾病,它會(huì)使大腦逐漸退化,達(dá)到破壞其正常功能的程度。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)方法,特別是基于模擬的模型,能夠以無(wú)法應(yīng)用于真實(shí)患者的方式研究疾病的演變,”他澄清說(shuō),這些“計(jì)算機(jī)模擬”可以形成和測(cè)試假設(shè),并提供信息,偶爾還能提供關(guān)于疾病的新知識(shí),“我們已經(jīng)能夠確定這兩種蛋白質(zhì)的相對(duì)重要性,這被認(rèn)為是阿爾茨海默病的原因,在整個(gè)疾病的演變過(guò)程中,這使我們能夠產(chǎn)生有助于診斷的有價(jià)值的信息,因?yàn)檫@項(xiàng)研究為我們提供了關(guān)于患者狀態(tài)的精確信息,這些信息是基于他們的功能掃描儀,所謂的‘生物標(biāo)志物’。”
Gustavo Deco (CBC-UPF和ICREA)補(bǔ)充說(shuō):“數(shù)學(xué)和計(jì)算工具深深植根于我們對(duì)阿爾茨海默病的醫(yī)學(xué)和生物學(xué)知識(shí),為研究這種疾病的演變打開(kāi)了新的大門,最重要的是,分析對(duì)抗其影響的可能策略,并有望減緩其進(jìn)展。我們的小組正在加緊研究這些類型的預(yù)測(cè)模型,使我們能夠朝著這一理想而努力,最終目標(biāo)是與這種可怕的疾病作斗爭(zhēng)。這項(xiàng)工作的結(jié)果是朝著這個(gè)方向邁出的有希望的第一步。”
這項(xiàng)研究使用了先進(jìn)的數(shù)學(xué)和計(jì)算工具,揭示了與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)如何改變阿爾茨海默病患者的神經(jīng)元興奮/抑制平衡。
在這項(xiàng)研究中,研究人員使用了全腦建模技術(shù),通過(guò)數(shù)學(xué)工具和運(yùn)算,使我們能夠理解健康受試者和疾病患者在不同狀態(tài)(靜息狀態(tài)、執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)……)下不同腦區(qū)的整體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)機(jī)制。基于這些技術(shù),研究了兩種蛋白質(zhì)(Aβ 和 tau 蛋白)的濃度對(duì)阿爾茨海默病患者不同腦區(qū)行為動(dòng)力學(xué)的影響。我們有可能確定每種蛋白質(zhì)單獨(dú)或結(jié)合其他蛋白質(zhì)的影響,并評(píng)估每種蛋白質(zhì)在患者異常大腦活動(dòng)中的相對(duì)重量。
這項(xiàng)研究的結(jié)論是,在阿爾茨海默病的早期階段,這種疾病的最大影響是由 Aβ 的大量積累引起的。相比之下,在中、末期階段,這種影響可以歸因于更高濃度的 tau 蛋白。這兩種蛋白質(zhì)改變了神經(jīng)元興奮和抑制狀態(tài)之間的平衡,從而導(dǎo)致患者的認(rèn)知能力惡化。
此前對(duì)這種疾病的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),阿爾茨海默病患者的神經(jīng)元興奮和抑制平衡水平發(fā)生了改變。尤其是在疾病的早期階段,會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)元過(guò)度興奮,損害皮質(zhì)活動(dòng),從而導(dǎo)致認(rèn)知能力下降。到目前為止,這種不平衡已在動(dòng)物研究和死亡后的人類樣本中得到證明,但在患有該病的人類中缺乏這一證據(jù)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要困難是不能使用神經(jīng)成像技術(shù)直接測(cè)量神經(jīng)元的興奮和抑制活動(dòng)。然而,這項(xiàng)研究中使用的全腦建模技術(shù)確實(shí)成功地利用數(shù)學(xué)和計(jì)算模擬工具測(cè)量了這兩種蛋白質(zhì)對(duì)神經(jīng)元興奮/抑制失衡的影響。
本研究使用了來(lái)自阿爾茨海默病神經(jīng)影像學(xué)計(jì)劃(Alzheimer 's Disease Neuroimaging Initiative,ADNI)數(shù)據(jù)庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),這是一項(xiàng)縱向多中心研究,旨在開(kāi)發(fā)阿爾茨海默病的生物標(biāo)志物。這些數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于年齡在 55 歲至 90 歲之間的患者。
創(chuàng)建于1990年的西班牙龐培法布拉大學(xué)
始創(chuàng)于1446年的西班牙赫羅納大學(xué)
參考文獻(xiàn)
Source:Pompeu Fabra University
Neuroscientific study paves the way for improving the diagnosis and treatment of Alzheimer's
Reference:
Patow, G., Stefanovski, L., Ritter, P. et al. Whole-brain modeling of the differential influences of amyloid-beta and tau in Alzheimer’s disease. Alz Res Therapy 15, 210 (2023). https://doi.org/10.1186/s13195-023-01349-9
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原文標(biāo)題 : 神經(jīng)科學(xué)研究為提高阿爾茨海默病的診斷和治療鋪平了道路
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