Terobosan Pencitraan Alzheimer: Sensor Fluoresens Menembus Penghalang Darah-Otak
Teknik baru membungkus sensor aptamer ATP dalam eksosom untuk melewati sawar darah-otak guna pencitraan otak, yang membantu prognosis dan pengobatan Alzheimer. Uji coba pada tikus menunjukkan sensor terakumulasi di otak dan menyoroti kadar ATP rendah di space yang terkena. Kredit: SciTechDaily.com
Para peneliti telah mengembangkan metode baru untuk mengirimkan sensor fluoresensi melintasi penghalang darah-otak (BBB) untuk memantau Neurotransmiter tingkat di otak, yang dapat meningkatkan secara signifikan Penyakit Alzheimer prognosis dan pengobatan penyakit.
Metode ini melibatkan enkapsulasi sensor aptamer ATP dalam eksosom, yang mampu melewati BBB dan memberikan pencitraan kadar neurotransmitter secara langsung. Uji coba awal pada tikus menunjukkan hasil yang menjanjikan, dengan sensor yang terakumulasi di otak dan mengidentifikasi kadar ATP rendah di space yang terkena Alzheimer.
Pendekatan Inovatif untuk Pencitraan Otak
Tingkat neurotransmitter di otak dapat mengindikasikan kesehatan otak dan penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer. Namun, penghalang darah-otak (BBB) yang protektif membuat pengiriman sensor fluoresensi yang dapat mendeteksi molekul kecil ini ke otak menjadi sulit. Sekarang, para peneliti di ACS Pusat Sains mendemonstrasikan cara mengemas sensor ini agar mudah melewati BBB pada tikus, sehingga memungkinkan pencitraan otak yang lebih baik. Dengan pengembangan lebih lanjut, teknologi ini dapat membantu memajukan prognosis dan pengobatan penyakit Alzheimer.
Kadar neurotransmitter biasanya menurun seiring bertambahnya usia, tetapi kadar neurotransmitter adenosine triphosphate (ATP) yang rendah dapat menjadi indikasi penyakit Alzheimer. Untuk mengukur lokasi dan jumlah ATP di otak, para peneliti telah mengembangkan sensor fluoresensi dari potongan-potongan DNA disebut aptamer yang menyala saat terikat pada molekul goal. Metode untuk menyalurkan sensor ini dari aliran darah ke otak telah dikembangkan, tetapi sebagian besar mengandung komponen sintetis yang tidak dapat dengan mudah melewati BBB. Untuk mengembangkan sensor untuk pencitraan otak secara langsung, Yi Lu dan rekan-rekannya membungkus sensor aptamer ATP dalam vesikel mikroskopis yang berasal dari sel otak yang disebut eksosom. Mereka menguji sistem pengiriman sensor baru dalam mannequin laboratorium BBB dan pada mannequin tikus penyakit Alzheimer.
Para peneliti mendemonstrasikan eksosom yang diisi dengan sensor fluoresensi yang dapat melewati sawar darah-otak (BBB) di mana sensor menyala saat ada neurotransmitter yang terkait dengan penyakit Alzheimer di otak. Kredit: Diadaptasi dari ACS Central Science 2024, DOI: 10.1021/acscentsci.4c00563
Pengiriman Sensor yang Sukses Menggunakan Eksosom
Mannequin laboratorium BBB terdiri dari lapisan sel endotel di atas larutan yang mengandung sel otak. Eksosom yang dimuat sensor milik para peneliti hampir empat kali lebih efisien daripada sistem pengiriman sensor konvensional dalam melewati penghalang endotel dan melepaskan sensor fluoresensi ke dalam sel otak. Hal ini dikonfirmasi dengan mengukur tingkat fluoresensi yang diinduksi pengikatan ATP yang diamati. Selanjutnya, tim Lu menyuntikkan mannequin tikus penyakit Alzheimer dengan eksosom yang dimuat sensor atau sensor yang tidak dimuat yang mengambang bebas. Dengan mengukur sinyal fluoresensi pada tikus, para peneliti menemukan bahwa sensor yang mengambang bebas sebagian besar tetap berada di dalam darah, hati, ginjal, dan paru-paru, sementara sensor yang dikirim melalui eksosom terakumulasi di otak.
Hasil Menjanjikan pada Mannequin Tikus Alzheimer
Pada mannequin tikus penyakit Alzheimer, sensor yang diberikan eksosom mengidentifikasi lokasi dan konsentrasi ATP di berbagai wilayah otak. Secara khusus, mereka mengamati kadar ATP yang rendah di wilayah hipokampus, korteks, dan subikulum otak, yang merupakan indikasi penyakit tersebut. Para peneliti mengatakan bahwa sensor reaktif ATP yang dimuat eksosom menunjukkan harapan untuk pencitraan otak hidup non-invasif dan dapat dikembangkan lebih lanjut untuk membuat sensor bagi berbagai neurotransmiter yang relevan secara klinis.
Referensi: “Pengiriman Aptamer DNA Melintasi Penghalang Darah-Otak Mengungkapkan Penurunan ATP yang Heterogen di Berbagai Wilayah Otak pada Mannequin Tikus Penyakit Alzheimer” oleh Mandira Banik, Aaron P. Ledray, Yuting Wu dan Yi Lu, 31 Juli 2024, ACS Pusat Sains.
DOI: 10.1021/acscentsci.4c00563
Penulis mengakui adanya pendanaan dari AS Institut Kesehatan Nasional (NIH), Yayasan Welch, Program Pelatihan Antarmuka Kimia-Biologi NIH di Universitas Illinois Urbana-Champaign dan Beasiswa Penelitian Pascasarjana Yayasan Sains Nasional.
