בדיקה זעיר פולשנית מעריכה את הרמות היחסיות של איזוטופים אשלגן בסרום דם אנושי ומראה את הפוטנציאל לאבחן מחלת אלצהיימר לפני שהתסמינים יתגלו.
מחקר שנערך לאחרונה ב מטאלומיקה חקרו יחסי איזוטופים יציבים של אשלגן (K) (δ41ק) בדגימות נסיוב של אנשים עם מחלת אלצהיימר (AD).
רֶקַע
שינויים ביו-מתכת המוח בקרב אנשים עם מחלת אלצהיימר הובילו לעניין מדעי מוגבר במטאלומיקת איזוטופים, המשתמשת בגיאוכימיה אנליטית כדי לאפיין איזוטופים ביו-מתכתיים בין מערכות ביולוגיות.
במחלות ניווניות עצביות כמו מחלת אלצהיימר, מתכות כמו סידן, ברזל, נחושת ואבץ מצטברות בתוך המוח. הצטברות מתכת מתאמת עם הצטברות חלבון עמילואיד b (Aβ) ופיתוח פלאק. לעומת זאת, מחקרים מדווחים כי רמות האשלגן יורדות במוחות של מחלת אלצהיימר עם עלייה נלווית בסרום באמצע החיים. רמות מתכות בסרום עשויות לשמש כסמן ביולוגי לא פולשני למחלת אלצהיימר.
לגבי המחקר
החוקרים במחקר הנוכחי חקרו אם סרום δ41יחסי K יכולים לנבא מחלת אלצהיימר.
החוקרים השוו 20 דגימות נסיוב, עשר מחולי מחלת אלצהיימר ועשר מבקרים תואמים לגיל ונורמליים מבחינה קוגניטיבית. בנוסף, הם ניתחו דגימות סרום נוגדות קרישה של K-EDTA ו-Li-heparin משני חולי מחלת אלצהיימר כדי לחקור הבדלים בריכוזי הסרום. משתתפי מחקר הביוסמן האוסטרלי וסגנון החיים של ההזדקנות (AIBL) סיפקו דגימות סרום.
החוקרים עיכלו את הדגימות בצלוחיות פוליפלואוראלקיל (PFA) המכילות 30% מי חמצן ו-70% חומצה חנקתית ביחס של 1:10. כדי לעכל 3.5 מ"ל של סרום, הם השתמשו ב-400 מ"ל של מי חמצן ו-3.1 מ"ל של חומצה חנקתית. ציוני Mini-Mental State Exam (MMSE), המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ותקשורתיות ושבץ וקריטריונים של AD and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA), וציוני טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) עבור סמנים ביולוגיים אישרו את האבחנה של AD.
החוקרים הפרידו אשלגן באמצעות כרומטוגרפיה של חילופי קטונים וסוגר דגימה סטנדרטית (SSB) למדידת הרכב איזוטופים של אשלגן. ספקטרומטריית מסה פלזמה אינדוקטיבית (ICP-MS) קבעה את ריכוזי האשלגן הממוצעים. חוקרים חקרו באופן מכניסטי את ממוצע δ41 K משתנה. אב initio חישובים חזו חלוקה של איזוטופ אשלגן בין אשלגן hydrated וצורתו האורגנית הקשורה לגלוטמט ואספרטט. החישובים השתמשו בקואורדינטות קרטזיות של מינים נושאי אשלגן אופטימליים.
חישובי תיאוריית תפקוד צפיפות (DFT) קבעו את תדרי הרטט של מתחמי מתכת. כדי לחשב את תדרי הרטט, החוקרים החליפו יוני אשלגן באיזוטופים 39K ו-41K עם ערכי מסה של 38.97 ו-40.96, בהתאמה. הם חישבו מתחמי מתכת של חומצות אמינו בוואקום עם אשלגן הקשור לקבוצות קרבוקסיל. הם גם גזרו גורמי בטא או הפחתת יחסי פונקציונליות של מחיצות לצורך ניתוח.
בדיקות תקינות D'Agostino & Pearson חקרו את מחלת האלצהיימר ובקרה על סטיות נתונים מהתפלגות גאוסיות. בדיקות F חקרו שונות בין נתונים מחולי אלצהיימר ובקרה, ומבחן ה-t של Welch השווה ממוצעים בין שני מערכי הנתונים. עקומות מאפיין הפעלה של מקלט (ROC) ציינו את הספציפיות והרגישות של δ41 יחסי K כסמנים ביולוגיים של AD.
תוצאות
חולי מחלת אלצהיימר הראו δ ממוצע נמוך משמעותית41יחסי K מאשר בקרות. אשלגן hydrated גם הראה δ נמוך יותר41יחסי K מאשר אשלגן הקשור אורגנית. סרום δ41ערכי K וממצאי DFT עולים בקנה אחד עם ספרות המצביעה על יציאת יוני אשלגן hydrated מהמוח לדם (עקב הצטברות Aβ). זה עלה בקנה אחד עם הפחתה ניתנת למדידה ב-δ הסרולוגי41ק.
הממצאים מצביעים על קשר בין חילוף חומרים של אשלגן לשינוי במחלת האלצהיימר, ככל הנראה בשלב מוקדם שלה. המחקר מצביע על כך שסרום δ41ערכי K יכולים להיות סמנים ביולוגיים זעיר פולשניים לזיהוי מחלת אלצהיימר. היא ניתנת להרחבה, יציבה וחסכונית יותר מהטכניקות הנוכחיות.
ה-δ41ערכי K נעו בין -0.15 ל-0.97%. הממוצע δ41ערכי K היו -0.55% בחולי מחלת אלצהיימר ו-0.32% בקרב הביקורות (הבדל ממוצע, 0.2%). דגימות שטופלו ב-K-EDTA ו-Li-heparin הראו δ שונה באופן ניכר41ערכי K. הם היו כבדים יותר מעמיתיהם בסרום. עקומות ROC הניבו ערך שטח מתחת לעקומה (AUC) של 0.8, רגישות של 70% וספציפיות של 89% בזיהוי מחלת אלצהיימר. אשלגן מודר היה המין הקל ביותר מבחינה איזוטופית במחקר. אספרטאט וגלוטמט מעלים את המשקל של הרכב איזוטופים אשלגן ב-0.4% ו-0.2%, בהתאמה. הממצאים הצביעו על כך שאשלגן בצורת לחות מציג משקל איזוטופי נמוך יותר מאשר אשלגן הקשור בתרכובות אורגניות.
מַסְקָנָה
ממצאי המחקר הראו הרכב איזוטופי אשלגן קל יותר או δ נמוך יותר41ערכי K בסרום של חולי מחלת אלצהיימר מאשר בבקרות בריאות. סמן זה פעל היטב בזיהוי מחלת האלצהיימר. מחקרים עתידיים חייבים לחקור את הסרום δ41K כסמן זעיר פולשני למחלת אלצהיימר באוכלוסיות גדולות יותר. מחקר נוסף יכול לקבוע את השפעתם של גורמים חיצוניים כגון תזונה על ריכוזי איזוטופיים במאגרים גופניים כגון סרום, מוח ואיברים בגוף האדם.
