Болезнь Альцгеймера (БА) – одна из трех так называемых болезней стоимостью в триллион долларов в мире после рака и диабета. Ожидается, что в следующие 40 лет количество людей с диагнозом AD утроится.
Сегодня до сих пор нет адекватного лечения, и несколько недавних лекарств-кандидатов потерпели неудачу на последней прямой линии для коммерциализации. Эксперты считают, что эти неудачи связаны не с активными ингредиентами лекарств, а с поздней стадией заболевания, на которой эти лекарства назначаются. Когда появляются потеря памяти и другие симптомы БА, болезнь уже более 20 лет обманывает мозг. Диагностика на более ранней стадии может быть ключом к лучшей терапии и общему скринингу (скрининг имеет смысл только тогда, когда болезни можно лечить).
Однако до сегодняшнего дня диагностика БА проводится с помощью дорогостоящих и инвазивных методов, таких как сканирование мозга и люмбальная пункция, а диагноз часто ставится только на поздней стадии заболевания, когда пациенты уже имеют потерю памяти. Следовательно, существует потребность в неинвазивных и доступных диагностических тестах, которые могут выявить AD на предсимптоматической фазе заболевания, когда шансы на эффективное лечение намного выше.
Глаз, окно в тело
Может ли глаз первым сообщить нам, есть ли у кого-то AD?? Идея изучить глаз, чтобы узнать больше об остальном теле, конечно, не нова. "Глаз – не изолированный орган," говорит Карел Ван Кир, офтальмолог университетской больницы Левена (UZ Leuven). "Он предлагает информацию об общем состоянии здоровья пациента. Благодаря прозрачности, мы можем анализировать неинвазивным и удобным для пациента способом. Использование глаза в качестве биомаркера неглазных заболеваний стало одной из основных тем исследований в нашей группе."
Для диагностики БА необходимы два белка: бета-амилоид (Aβ) и тау-белок. "Распространенной нитью многих нейродегенеративных заболеваний головного мозга является накопление определенных белков в головном мозге," объясняют постдоктор-исследователь Лиз Де Гроф и профессор Лив Мунс из отделения физиологии животных и нейробиологии Левенского университета (KU Leuven). "Это белки, которые также присутствуют в здоровом мозге. Однако из-за старения клеток и других болезнетворных механизмов, которые мы еще не полностью понимаем, процессы производства и очистки выходят из равновесия, и происходит накопление белка. Это одна из гипотез, объясняющих образование так называемой бляшки Aβ и тау-клубка в головном мозге при БА."
Фундаментальные исследования на мышах
Если вы хотите найти эти специфические белки в глазу, гиперспектральная визуализация (HSI) является важным инструментом. Каждый белок – при попадании на него света – отражает волны определенной длины. Гиперспектральная камера улавливает этот отраженный свет и анализирует эту «сигнатуру».
Вот почему Де Гроф и Мунс в сотрудничестве с инженерами VITO (независимая фламандская исследовательская организация, специализирующаяся на чистых технологиях и устойчивом развитии) и командой гиперспектральных исследований imec используют микроскоп, дополненный камерой Snapscan высокого разрешения imec. Они используют этот инструмент для изучения тканевых препаратов сетчатки мышей, для фундаментальных исследований болезни Альцгеймера и сетчатки. Исследователи надеются использовать гиперспектральную визуализацию для определения истинных «сигнатур» заболеваний головного мозга (болезни Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона), …): какие белки выделяются из-за накопления или аномального присутствия, какая комбинация белков типична для какого заболевания и т. д.
Первые испытания на людях
Еще один захватывающий результат в области диагностики БА сетчатки был достигнут лабораторией профессора Ингеборг Стальманс, руководителя исследовательской группы офтальмологии в UZ Leuven, в совместных усилиях с VITO и imec. "Идея использовать глаз как окно в мозг пока не является обычным явлением," говорит Ингеборг Стальманс. "Было много споров и недоверия, когда лаборатория в Миннесоте в 2015 году опубликовала первые результаты о связи между сетчаткой глаза и БА. Наши первые проектные предложения по этой теме были отклонены из-за отсутствия подтверждения концепции. Потребовалось еще несколько лет, чтобы убедить сообщество в возможности обследования сетчатки глаза для изучения заболеваний головного мозга."
"В недавнем исследовании мы дифференцировали пациентов с БА от здоровых людей, изучая сетчатку," объясняет докторскую степень лаборатории.D. Софи Лемменс, получившая докторскую степень по этой теме. "Мы количественно оценили накопление белка Aβ в сетчатке с помощью гиперспектральной визуализации и изучили истончение слоя нервных волокон сетчатки – признак нейродегенерации – с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ). Объединив эти измерения, мы смогли различить две группы."
Гиперспектральная визуализация в мгновение ока
"Для этого проекта мы использовали камеру моментального снимка от imec. Помимо компактности, скорость камеры была неотъемлемым элементом успеха этого исследования. Для получения надежных результатов и во избежание артефактов движения на изображении важно, чтобы пациент не моргал и смотрел в фиксированное положение," говорит Софи Лемменс. "Поэтому важно, чтобы время приобретения нашего измерительного оборудования было как можно короче. Поскольку камере для моментальных снимков требуется всего несколько миллисекунд для сбора изображений, ее можно использовать с пациентами. Кроме того, поскольку необходим только свет видимого спектра, его использование безопасно."
Инженеры из VITO вместе с исследователями из лаборатории Стальмана объединили гиперспектральную камеру для моментальных снимков со стандартной офтальмологической камерой глазного дна, чтобы создать «супер» инструмент с гиперспектральными возможностями. Ян Теунис, руководитель проекта отдела здравоохранения VITO: "Благодаря плодотворным обсуждениям с командой imec нам удалось настроить одновременную работу глазного дна и снимка, добиться большого поля зрения, получить изображение хорошего качества и адаптировать программное обеспечение для обработки изображений и алгоритмы коррекции."
Затем инженеры VITO использовали методы машинного обучения для создания и обучения модели, которая могла отличать AD от здоровых людей. "Модель использует гиперспектральные измерения и измерения ОКТ, чтобы принять это решение с достоверностью от 75 до 80%," говорит профессор Патрик Де Боевер, бывший руководитель проекта в VITO Health Unit. Модель классификации была опубликована во всемирно известном журнале Alzheimer’s Research and Therapy Journal.
Что дальше? Лекарство от болезни Альцгеймера?
Так что, если бы мы могли лучше диагностировать болезнь Альцгеймера с помощью осмотра глаз? Поскольку лекарства от болезни нет, только меньшинство людей на данный момент будут заинтересованы в таком новом диагностическом инструменте.
"Первое использование будет заключаться в клинических испытаниях с целью отбора людей на очень ранней стадии заболевания и выполнения стратификации пациентов," объясняет Софи Лемменс. "Эксперты считают, что лекарства терпят неудачу, потому что их вводят слишком поздно, когда заболевание прогрессирует, когда слишком много нейронов уже погибло. Мы считаем, что если бы мы могли диагностировать людей за 10-20 лет до появления симптомов, лекарства могли бы быть гораздо более эффективными. Даже препараты, которые сегодня не поступают на рынок из-за неутешительных результатов, могут быть пересмотрены, когда пациенты с ранним БА могут быть привлечены для клинических испытаний. Последующее наблюдение за успехом терапии в этих клинических испытаниях также может быть выполнено с помощью этого простого теста сетчатки. И как только появятся эффективные методы лечения, гиперспектральная визуализация сетчатки становится подходящим кандидатом для скрининга пациентов с риском развития БА в масштабах всего населения."
Можем ли мы провести тест сетчатки через пять лет??
Команда imec, KU Leuven, UZ Leuven и VITO продолжит работу над этим проектом. Будет разработано лучшее оборудование и программное обеспечение для оптимизации «расширенной» камеры глазного дна офтальмолога. Кроме того, UZ Leuven сотрудничает с лабораторией профессора Питера ван Вейнгаардена из Мельбурнского университета, лидера в области диагностики болезни сетчатки глаза, и с профессором Риком Ванденберге, руководителем клиники памяти в UZ Leuven, чтобы выяснить, сколько времени до фактического симптомы, у пациентов с БА развиваются скопления белка в сетчатке. Возможна ли диагностика на 10–20 лет вперед??
Несомненно, есть признаки того, что AD можно сначала обнаружить в глазу. Доказательства этого приводятся в статье Лиз Де Гроф и Лив Мунс «Сетчатка мыши AppNL-G-F – это место для доклинической диагностики и исследования болезни Альцгеймера». Они описывают, что растворимые белки Aβ накапливаются в сетчатке мышей с AD в раннем возрасте и прогрессируют до образования бляшек Aβ к среднему возрасту. Сетчатка этих мышей вместе с гиперспектральной визуализацией открывает уникальные возможности для исследования ранних стадий болезни Альцгеймера, таких как скрининг лекарств.
"Как только мы сможем доказать это на людях и появятся доступные лекарства, которые эффективны при введении на этой ранней стадии заболевания, люди смогут проходить ежегодный осмотр у своего офтальмолога, чтобы проверить глазное давление и качество артерий, … и AD," говорит Ингеборг Стальманс. "Так же, как у вас сегодня регулярные обследования на рак груди и толстой кишки. Врачи могут использовать проверку зрения для последующего наблюдения за болезнью объективным, количественным и удобным для пациента способом. Кроме того, скрининг на уровне сообщества, e.грамм. в контексте врачей общей практики, аптек или медицинских киосков были бы подходящими моделями скрининга."
И хорошая новость заключается в том, что этот новый тест может появиться на рынке в относительно короткие сроки, потому что оборудование не требует дополнительных усилий и безопасно для использования с пациентами. Кроме того, несколько компаний по всему миру уже делают первые шаги по коммерциализации технологии, например, бельгийское отделение от VITO, MONA.