脑退化的早期检测与创新传感器的地平线

阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经退行性疾病对患者及其家人来说是毁灭性的。这些疾病在症状出现之前很难诊断，这意味着要想逆转对中枢神经系统的损害通常已经太晚了。

早期发现是控制症状和试图阻止疾病进展的关键，但在帮助早期发现的工具方面，目前的知识有限。新墨西哥大学生物医学工程系伊娃·齐教授领导的团队正在通过一项前沿研究解决这一知识鸿沟。

为了了解大脑的复杂疾病，人们必须了解人类生物学和大脑本身的复杂性。其中特别重要的是蛋白质——细胞内的分子结构，数量可以达到几万——以及它们决定如何运作的能力细胞函数。蛋白质由相同的基本组成部分开始，称为氨基酸。氨基酸组织成一个链，并具有独特的功能蛋白质这取决于氨基酸在链条上是有序的。一旦氨基酸排序完成，蛋白质链就会以各种方式折叠起来，以便与其他分子结合，完成某些任务。

所有的蛋白质都是由相同的结构组成;蛋白质折叠成不同的形状决定了它在体内的独特作用。例如，消化酶蛋白将我们的食物分解为营养物质，并运输蛋白质，如血红蛋白将物质运输到我们的身体各处。那些研究大脑退化的人特别感兴趣的是神经元(脑细胞)内的tau蛋白，它有助于大脑中的细胞和神经通信。

蛋白质折叠是一个复杂的过程，因此，细胞内很多事情都可能出错。蛋白质折叠可能完全失败，或者蛋白质链中的一个错误可能导致错误折叠。这些错误折叠中的一些是由研究的科学家特别是当错误折叠的蛋白质粘在一起时。由此产生的粘性蛋白质团被称为蛋白质聚集。

“蛋白质在体内有如此重要的功能，一旦它们做了其他事情，比如聚集，它就会在体内产生毁灭性的后果，创造系统性和神经退行性疾病说:“太极拳。

过去十年的研究表明，脑退行性疾病与神经元内tau蛋白的聚集(tauopathy)以及破坏细胞间通路的叫做β淀粉样蛋白的形成斑块的蛋白质片段之间存在联系。科学家们假设，这些蛋白质聚集体在症状出现之前很久就在大脑中形成了，而Chi的研究专注于使用一种生物传感器检测这些聚集体。通过过去的研究，Chi和她的团队开发了一种高响应性的生物传感器，称为Oligo(对苯乙烯)电解质，或OPEs。OPEs是在实验室中创造的一种分子结构，可以调节神经元之间的电信号，也可以在与特定类型的蛋白质相互作用时在显微镜下发光。

一开始在一个细胞内形成聚集体，当疾病如阿尔茨海默氏症发展到下一个阶段时，这些聚集体在扩散到大脑中的多个细胞之前在细胞内招募更多的健康蛋白质。由于阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和类似的疾病不具有传染性，所以不清楚这种聚集是如何在细胞间扩散的。小鼠模型可以通过认知测试来追踪功能，但研究人员还不能追踪活人大脑内的生化变化。迟震希望OPE传感器也能在这一过程中发挥作用。

“这些疾病有一个基于大脑的样子的阶段，并且疾病扩散到整个大脑，但我们不知道它是如何扩散的。对于身体的其他类型的问题，有x光、核磁共振等测试，但没有关于大脑聚集的测试，这是该领域一直在努力的方向。“我们的目标是发现下一代传感器，可以检测与导致这些疾病更相关的蛋白质聚集物。”从长远来看，这些传感器如果有效，将沿着大脑成像的线路工作，可以检测聚集物的大小、位置和细胞间的扩散。”

在她的实验室里，使用小鼠模型、大鼠模型和捐赠的人类脑组织，Chi从这些模型中提取蛋白质，并在试管中对它们进行化学处理以形成聚集物。添加了她的OPE传感器，一旦传感器发现了聚集体，它们就会结合在一起并发光。然后Chi和她的学生在高倍显微镜下观察结果，看蛋白质及其传感器的特征。

迟凯解释说:“传感器和聚合体之间的基本交互作用是主要关注点。”“传感器可以找到这些聚集体，并有可能修复损伤。这一知识可以应用于其他目的，如传感器抗菌应用，或用于治疗。”

2013年，在沪宁家族的私人资助下，迟博士在新墨大开始了这项研究。目前，美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的资助是基于她从这一旅程中获得的知识。她发表了三篇论文，并申请了两项传感器专利。就像集合本身，了解疾病大脑是一个错综复杂的网络，但迟震的传感器是在寻求成功治疗和逆转退化性疾病方面迈出的巨大一步，给受这些毁灭性疾病影响的数百万人及其家庭带来了希望。

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