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Scantechnologie könnte helfen, die Alzheimer-Krankheit mit Hilfe von Licht zu diagnostizieren

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Forscher des VA Bedford und des VA Boston in Massachusetts haben ein nicht-invasives optisches Verfahren entwickelt, mit dem sich die Alzheimer-Krankheit erkennen lässt. Das neue Verfahren nutzt die Spektroskopie - die Messung der Streuung und Absorption von Licht beim Durchgang durch Materie - um strukturelle Veränderungen im Gehirn zu erkennen.

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Diese Scanning-Methode könnte nach Ansicht der Forscher eine einfache, völlig nicht-invasive Methode zur frühzeitigen Erkennung von Alzheimer werden und hat auch das Potenzial, die Wirksamkeit der Behandlung zu bewerten.

"Diese Technologie ist bedeutsam, weil sie die biochemischen und zellulären Strukturen des Gehirns nichtinvasiv mit einer Technik untersucht, die kostengünstig ist und weit verbreitet eingesetzt werden könnte", erklärt Dr. Eugene Hanlon vom VA Bedford Healthcare System, korrespondierender Autor der Studie. "Am wichtigsten ist, dass es nützliche Informationen über Menschen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen liefert"

Die Ergebnisse wurden im Journal of Alzheimer's Disease veröffentlicht.

Der Nachweis der Alzheimer-Krankheit bei einem lebenden Patienten ist zwar schwierig, doch hat die Bildgebungstechnologie in den letzten Jahren Fortschritte gemacht. Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglichen hochauflösende Bilder von Gehirnfunktionen. Diese Scans können strukturelle Veränderungen im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit aufzeigen, z. B. verdrehte Fasern innerhalb der Gehirnzellen und Amyloid-Plaques (fehlgefaltete Proteine, die sich zwischen den Gehirnzellen ansammeln). Sie können auch dynamische Merkmale erkennen, etwa wie die Gehirnzellen Glukose nutzen.

Bildgebende Scans wie PET und MRT sind jedoch teuer, technisch anspruchsvoll und tragen wenig zur Früherkennung bei. VA-Forscher haben eine neue Technik entwickelt, die mit Hilfe von Licht chemische und strukturelle Informationen aus dem Hirngewebe aufnimmt. Bei dieser Technik werden zwei faseroptische Sonden auf der Schläfenoberfläche des Patienten angebracht. Eine Sonde sendet Nah-Infrarot-Licht nicht-invasiv und harmlos in das Gehirn des Patienten. Die andere Sonde sammelt das Licht, das zurückgestreut wird.

Nahinfrarotlicht - Licht am Rande des infraroten Bereichs des elektromagnetischen Spektrums - eignet sich besonders gut für die Untersuchung des Gehirns, so die Forscher. Es kann tief in das Gewebe eindringen, da das Licht nur schwach absorbiert wird. So können Bereiche des Gehirns untersucht werden.

Bei der Spektroskopie wird gemessen, wie sich das Licht durch die Materie bewegt und an ihr abprallt. Verschiedene Stoffe blockieren die Lichtenergie in unterschiedlichem Maße, so dass das Licht absorbiert oder gestreut wird. Je nachdem, mit welcher Materie es in Wechselwirkung tritt, wird das Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen beeinflusst. Diese Effekte werden gemessen, indem das Licht aus der Lichtleitfaser der Quelle mit dem Licht verglichen wird, das von der Detektorfaser aufgefangen wird. Das erfasste Licht unterscheidet sich aufgrund der Wechselwirkungen mit dem Hirngewebe vom Ausgangslicht.

In Zusammenarbeit mit dem Boston University's Alzheimer's Disease Center haben die Forscher die Nützlichkeit dieser Technologie bereits anhand von Autopsie-Gehirnproben verstorbener Freiwilliger nachgewiesen. Die Nahinfrarotspektroskopie konnte Gehirne mit und ohne Alzheimer nachweislich unterscheiden. Durch den Vergleich der Lichtbrechung von gesundem Gewebe mit der von erkrankten Gehirnen konnten die Forscher die Brechungsmerkmale des von Alzheimer betroffenen Gewebes ermitteln.

In der neuen Studie wendeten die Forscher diese Technik auf drei Gruppen lebender Freiwilliger an: gesunde Kontrollpersonen, Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung und Patienten im Spätstadium, bei denen die Diagnose Alzheimer nach ihrem Tod durch eine Autopsie bestätigt wurde.

Sie entwickelten einen Computeralgorithmus, um Muster in den Spektroskopiedaten zu erkennen. Durch diese Analyse identifizierten die Forscher zwei spektrale Merkmale, die den Unterschied zwischen Patienten mit Alzheimer-Krankheit im Spätstadium und Kontrollpersonen mit normaler Hirnfunktion signalisierten. Eine geringfügige Anpassung dieser beiden Merkmale ermöglichte es den Forschern, Patienten mit leichter kognitiver Beeinträchtigung je nach Grad der Beeinträchtigung sinnvoll zu klassifizieren. Die Forscher erklären, dass ein spektrales Merkmal für die Identifizierung des frühen Krankheitsbeginns von Bedeutung sein könnte, während das andere Merkmal im späteren Verlauf der Alzheimer-Krankheit von größerer Bedeutung sein könnte. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass die Methode die Alzheimer-Krankheit in einem frühen Stadium erkennen könnte, so die Forscher.