Les techniques australiennes d'imagerie par rayons X et infrarouge au synchrotron ont été utilisées dans une approche combinée puissante pour caractériser la composition des plaques amyloïdes associées à la maladie d'Alzheimer.

La maladie d'Alzheimer est un problème de santé international majeur qui représente 50 à 75 pour cent de tous les cas de démence en Australie. Plus de 400, 000 Australiens vivent avec la démence et c'est la deuxième cause de décès.

Les plaques amyloïdes sont des fragments de protéines complexes qui s'accumulent entre les cellules nerveuses du cerveau et peuvent détruire les connexions entre elles, et sont les caractéristiques de la maladie d'Alzheimer.

"Toutefois, on ne sait toujours pas si les plaques provoquent la maladie d'Alzheimer ou si la maladie d'Alzheimer provoque leur formation, c'est pourquoi nous devons améliorer notre compréhension des structures protéiques au sein des plaques, et la composition moléculaire et élémentaire des tissus entourant les plaques", a déclaré le Dr Mark Hackett de l'Université Curtin, qui a dirigé la recherche.

L'étude a été publiée plus tôt dans l'année dans Biochimie .

Comme très peu de méthodes fournissent des informations chimiques suffisantes pour étudier la composition et la distribution des plaques dans les tissus excisés, les chercheurs ont décidé de combiner les techniques de spectroscopie synchrotron avec des méthodes d'imagerie supplémentaires, Spectroscopie Raman et microscopie à fluorescence.

"C'est quelque chose qui n'a vraiment pas été fait auparavant en Australie et qui démontre la puissance de l'approche", a déclaré le Dr David Paterson, scientifique australien des instruments Synchrotron. Lui et le Dr Mark Tobin du Synchrotron faisaient partie d'une grande équipe de collaborateurs de l'Université Curtin, l'Université de la Saskatchewan et l'Université d'Adélaïde.

Les métaux ont longtemps été associés aux plaques amyloïdes et à la maladie d'Alzheimer, et un certain nombre de groupes de recherche internationaux de premier plan ont utilisé des techniques synchrotron pour révéler la distribution des métaux dans les plaques. Cependant, le rôle exact des métaux dans la maladie d'Alzheimer n'est pas encore connu, "c'est pourquoi il est important de corréler la concentration et la distribution des métaux dans les plaques aux altérations de paramètres biochimiques importants, tels que les lipides et les protéines », a déclaré Paterson, qui a aidé à la collecte et à l'analyse des données de microscopie à fluorescence X (XFM).

La source lumineuse de rayons X produite par le synchrotron australien est un atout majeur pour XFM.

"Vous avez un rayon X de haute énergie qui entre et s'il est absorbé par un atome de fer, il réémettra des rayons X à une énergie très spécifique et nous avons des détecteurs qui peuvent faire la différence entre les rayons X provenant du fer ou de cuivre. Plus il y a d'atomes de fer dans un endroit particulier, plus nous verrons de fluorescence à partir de là, " a déclaré Paterson.

XFM peut non seulement différencier les différents éléments, mais la microscopie à fluorescence X est une technique d'imagerie directe qui n'implique aucune coloration. C'est vraiment important, comme les méthodes de coloration typiques souvent utilisées pour étudier la maladie d'Alzheimer, peut supprimer des informations chimiques importantes du tissu.

« Pouvoir étudier la distribution des métaux et des molécules, sans tache, est une capacité vraiment unique, et est rendu possible grâce à la lumière synchrotron », a déclaré Hackett.

La ligne de lumière XFM a été utilisée pour compléter la spectroscopie Raman et la microspectroscopie infrarouge pour déterminer l'emplacement de métaux spécifiques dans la plaque et les classes de molécules telles que les lipides, cholestérol et protéines agrégées. Les résultats ont indiqué que du zinc intense et un peu de fer ont été trouvés dans le noyau de la plaque, tandis que le cuivre est étalé en forme de nuage à la périphérie."

"Parce que vous pouvez superposer les images de fluorescence de chaque élément, vous acquérez un composite chimique utile de la plaque, " a déclaré Paterson.

Prise en charge des données XFM, l'imagerie infrarouge et la microscopie Raman ont fourni des informations cruciales sur la structure moléculaire au sein des plaques, dans ce cas, la présence et la quantité de lipides. Étonnamment, tandis que les protéines agrégées se sont avérées se localiser avec Zn et Fe dans le noyau de la plaque, les lipides se sont avérés se localiser avec Cu à la périphérie de la plaque.

"À ce stade, nous ne sommes pas sûrs de la signification exacte de la co-localisation des lipides et du Cu dans le noyau de la plaque, cependant, nous avons maintenant une méthodologie d'imagerie qui nous permet d'étudier cela dans le futur, ce qui est un important pas en avant", dit Hackett.

"La microspectroscopie IR, lorsqu'elle est complétée par la microspectroscopie Raman a indiqué qu'il y avait une augmentation des niveaux de cuivre et de lipides à la périphérie de la plaque, " a déclaré le scientifique des instruments, le Dr Mark Tobin, qui a aidé à la collecte et à l'analyse des données de la source synchrotron FTIR.

"Les futures recherches sur les interactions entre le cuivre et les lipides de la plaque amyloïde méritent d'être approfondies." dit Hackett.