Болезнь Альцгеймера десятилетиями связывали прежде всего с амилоидными бляшками. Но новое исследование показывает: это лишь часть картины. На самом деле заболевание сопровождается гораздо более масштабными химическими изменениями в мозге.
Используя лазерную визуализацию и алгоритмы машинного обучения, учёные смогли создать детальную молекулярную карту мозга при болезни Альцгеймера. Работа выполнена исследователями Университета Райса (Rice University) и опубликована в журнале «ACS Applied Materials & Interfaces».
Результаты показывают, что изменения в химическом составе мозга распространяются гораздо шире, чем предполагалось ранее, и формируют сложные и неравномерные паттерны повреждений.
Лазерная визуализация раскрывает химию мозга
Чтобы обнаружить молекулярные изменения в тканях мозга, исследователи применили метод гиперспектральной рамановской визуализации — разновидность спектроскопии, позволяющей распознавать химический состав тканей с помощью лазера.
Первый автор исследования Цзыян Ван (Ziyang Wang) объясняет, что этот метод позволяет получать огромное количество химических измерений в каждой точке ткани.
«Обычная рамановская спектроскопия делает одно измерение химической информации в определённой точке. Гиперспектральная визуализация повторяет такие измерения тысячи раз по всей поверхности ткани, создавая полноценную карту химического состава мозга».
Учёные сканировали мозг послойно, объединяя тысячи измерений и формируя детализированные молекулярные карты как здоровых тканей, так и тканей с признаками болезни Альцгеймера.
Важно, что метод оказался безметочным: образцы не окрашивали и не обрабатывали специальными молекулярными маркерами.
Это позволило увидеть химический состав мозга в максимально естественном состоянии.
Машинное обучение выявило неравномерное поражение мозга
Полученные изображения генерировали огромные объёмы данных. Для их анализа исследователи использовали алгоритмы машинного обучения.
Сначала применялись методы неуправляемого обучения, позволяющие алгоритмам самостоятельно выявлять закономерности в химических сигналах без предварительных предположений.
Затем использовали обучаемые модели, чтобы различить здоровые и поражённые ткани.
Результаты оказались неожиданными.
Химические изменения, связанные с болезнью Альцгеймера, распределены по мозгу крайне неравномерно.
Одни области демонстрируют сильные нарушения, тогда как другие остаются относительно стабильными.
По словам Цзыян Ван (Ziyang Wang), это может объяснять постепенное развитие симптомов заболевания и ограниченную эффективность методов лечения, направленных лишь на одну патологическую мишень.
Метаболические нарушения в центрах памяти
Помимо накопления патологических белков исследование выявило метаболические изменения в мозге.
Учёные обнаружили различия в концентрациях:
- холестерина
- гликогена
Наиболее выраженные изменения наблюдались в областях, связанных с памятью — прежде всего в гиппокампе и коре головного мозга.
Соавтор исследования Шэнси Хуан (Shengxi Huang) отмечает, что эти результаты указывают на более глубокие нарушения.
Холестерин играет важную роль в структуре клеточных мембран, а гликоген служит энергетическим резервом мозга. Изменения их уровней показывают, что болезнь Альцгеймера затрагивает не только белковые агрегаты, но и энергетический баланс нейронов.
Новый взгляд на развитие болезни
Первоначально исследователи анализировали лишь небольшие участки мозга. Но затем возникла идея создать карту всего органа.
По словам Цзыян Ван (Ziyang Wang), этот процесс потребовал многочисленных экспериментов и доработок методов анализа.
Когда полная карта была собрана, учёные увидели закономерности, которые раньше оставались скрытыми.
«Мы начали замечать структуры и паттерны, которые не были видны при обычной визуализации. Это выглядело как новый слой информации о заболевании».
Значение исследования
Полученные результаты показывают, что болезнь Альцгеймера — это не только накопление амилоидных бляшек, но и масштабные химические изменения в мозге.
Такие молекулярные карты могут помочь:
- лучше понять механизмы развития заболевания
- обнаруживать болезнь на ранних стадиях
- разрабатывать более эффективные методы лечения
Кроме того, исследование подчёркивает, что нейродегенеративные заболевания затрагивают множество биологических процессов одновременно — от метаболизма до структуры клеток.
Авторы других исследований также отмечают, что болезнь Альцгеймера может нарушать работу циркадной системы мозга. Например, недавно было показано, что болезнь Альцгеймера способна нарушать внутренние биологические часы мозга, что может способствовать ухудшению памяти и ускорению прогрессирования заболевания.
Источник
- Ziyang Wang, Jeewan C. Ranasinghe, Dennis C. Y. Chan, Ashley Gomm, Rudolph E. Tanzi, Can Zhang, Nanyin Zhang, Shengxi Huang. Machine Learning-Enhanced Hyperspectral Raman Imaging for Label-Free Molecular Atlas of Alzheimer’s Brain. ACS Applied Materials, 2025; DOI: 10.1021/acsami.5c22623
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики ООО «ВеронаМед» (г. Санкт-Петербург), главный редактор Medical Insider, а также автор статей.
E-mail для связи – xuslan@yandex.ru;