Etudes des larmes, dans le cas de la maladie d'Alzheimer, par spectroscopie SERS

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La maladie d'Alzheimer est une pathologie neurodégénérative sévère caractérisée par une lésion progressive des liaisons synaptiques et des cellules neuronales principalement dans la région cérébrale de l'hippocampe.

Les méthodes de spectroscopie optique peuvent fournir un moyen unique d'analyser les fluides corporels, permettant un diagnostic rapide, sensible, non invasif et fiable.

enter image description here Source: Toommm via Wikipedia.

Les bêta-amyloïdes (Aβ) et la protéine tau sont impliquées dans le développement de la maladie d'Alzheimer. Ces deux substances sont des biomarqueurs de la progression de la maladie d'Alzheimer et sont un signe fiable d'un processus cérébral neurodégénératif également au stade précoce. Ces biomarqueurs peut être transportés dans le système vasculaire à travers la barrière hémato-encéphalique. La barrière hémato-encéphalique joue un rôle important dans le passage sélectif de plusieurs substances entre le cerveau et le système sanguin et dans le maintien et l'intégrité du cerveau. Le développement de la maladie d'Alzheimer a été associé à une barrière hémato-encéphalique dysfonctionnelle avec une capacité réduite à éliminer les protéines Aβ et tau du cerveau.

Des traces de ces biomarqueurs sont présentes dans la circulation sanguine systémique et peuvent rejoindre la vascularisation d'autres zones du corps, comme la rétine, le cristallin et les régions lacrymales, affectant la composition des larmes. La pertinence des changements survenant dans l'œil en tant que La conséquence de la maladie d'Alzheimer a été rapportée par Lim et al. Par conséquent, les larmes sont un moyen intéressant pour étudier les changements induits par les pathologies neurodégénératives. Elles sont facilement accessibles et peuvent être collectés à l'aide de méthodes peu invasives.

Au cours des dernières décennies, un grand nombre d'études ont été menées pour analyser la composition des larmes en utilisant des méthodes biochimiques conventionnelles.

Ces techniques conventionnelles ont été largement remplacées par les méthodes de spectroscopie optique, telles que celles basées sur la diffusion Raman, qui prennent moins de temps et ne nécessitent qu'une faible préparation préalable des échantillons.

La spectroscopie Raman a déjà été utilisée pour identifier les biomarqueurs de la maladie d'Alzheimer dans le sérum sanguin et la salive et pour étudier les mécanismes d'agrégation de base des amyloïdes. Cependant, certaines limites concernant la sensibilité, le niveau de bruit / signal et la répétabilité ont mises en évidence.

L'objectif de l'étude qui nous occupe aujourd'hui était de mettre en évidence les différences spectrales dans la réponse spectroscopique SERS des larmes humaines chez des sujets atteints de la maladie d'Alzheimer, des sujets atteints de troubles cognitifs légers et des sujets témoins sains. Les larmes humaines ont été caractérisées par SERS couplé à une analyse de données multivariée. Trente et un sujets informés (Ctr, MCI et AD) ont été considérés.

Dix-huit sujets atteints de la maladie d'Alzheimer (7 femmes, 11 hommes et âge moyen 71 ± 10 ans) et sept sujets atteints de troubles cognitifs légers (3 femmes, 4 hommes et âge moyen 73 ± 9 ans) ont été inclus dans cette étude.

Alors que le spectre Raman ne fournit aucune information précieuse en dehors de caractéristiques très faibles, à l'inverse, le spectre SERS a mis clairement en évidence les diverses contributions des composants des larmes. Les mesures SERS ont été effectuées avec des verres de microscope standard revêtus d'un colloïde fait maison de nanoparticules d'or (GNP). Le traitement des données a été mis en œuvre à l'aide de routines logicielles (boîte à outils ondelettes). L'ensemble de données entièrement traité de tous les spectres moyens a été analysé par PCA et i-PCA pour le décrire en utilisant un ensemble de vecteurs propres orthogonaux tenant compte séparément des différentes sources de variance dans les données d'origine. enter image description here

Les différences entre les spectres SERS des larmes de sujets présentant des états cliniques différents sont parfois très subtiles et sont principalement localisées dans certaines plages spectrales spécifiques. Notamment, les auteurs ont constaté que la PCA réalisée sur toute la gamme spectrale ne différenciait pas les changements subtils qui se produisaient dans les spectres examinés. Pour mieux mettre en évidence ces différences et en profiter pour classer les spectres, les auteurs ont donc réalisé la PCA dans les intervalles (interval partial component analysis (i-PCA)).

Les spectres SERS moyens des sujets Ctr, MCI et AD ont mis en évidence des différences liées aux composants protéiques de la lactoferrine et du lysozyme. Des changements quantitatifs ont également été observés en déterminant le rapport d'intensité entre les bandes sélectionnées. Les scientifiques ont également construit un modèle de classification qui discrimine les sujets AD, MCI et Ctr. Ce modèle a été construit en utilisant les scores obtenus en effectuant une analyse en composantes principales sur des régions spectrales spécifiques (i-PCA).

Même s'il n'a pas été possible de discriminer des biomarqueurs spécifiques de la maladie d'Alzheimer, la réponse globale du SERS reflète des modifications petites mais intéressantes de la composition des larmes qui peuvent être attribuées à des niveaux modifiés de substances pathologiques spécifiques et stimulées par la maladie.

L'analyse des composantes partielles d'intervalle (i-PCA) des spectres par les auteurs a permis de distinguer les sujets atteints de la maladie d'Alzheimer des sujets sains et atteints de MCI. La précision de classification de la méthode construite était très encourageante avec des perspectives intéressantes pour les applications médicales comme support du diagnostic clinique et de la discrimination de la maladie d'Alzheimer des autres formes de démence.

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