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一小时无创检测阿尔茨海默症,如何做到的?

撰文 | 王承志 责编 | 陈晓雪
近来,新加坡国立大学助理教授 Huilin Shao 领导的研究团队发表了一种检测阿尔茨海默症(AD,俗称老年痴呆)的新技术,只需对病人的血液进行检测,一个小时便可得到结果。该技术有望在大量人群中对阿尔茨海默症进行筛查。[1]
 
当前,全世界约有5000万阿尔茨海默症患者,但据 WHO 预测到2050年全球患病总人数会飙升至1.35亿,这可能是人类将要面临的最严重的健康危机之一。由于阿尔茨海默症在出现症状前有数年甚至数十年的潜伏期,因此如何早期诊断是医学界长久以来的难题之一。
 
目前,阿尔茨海默症的诊断主要靠鉴定β-淀粉样蛋白(Aβ)的异常积聚。Aβ是细胞分泌的一种蛋白质,经水解后被分解一些短的片段(多肽),其中一些片段沉积在细胞基质中会对神经细胞(神经元)产生毒性。当大量神经元死亡时即会产生老年痴呆的症状。
 
当前,Aβ 的检测主要靠两种检测方法,一种是脑脊髓液样品检测,另一种是通过使用 PET 扫描仪的脑成像检测。前者是有创检测,后者花费很高,都难以进行大规模筛查。如何能够无创且便宜地检测异常积聚的 Aβ 是该领域的重点研究方向。
 
Shao 领导的研究团队发明了一种 Aβ 血液检测平台,命名为APEX(amplified plasmonic exosome,扩增的等离子体外泌体)。这种方法通过检测血液中与外泌体结合的Aβ,其结果与PET具有很好的相关性。
 
与检测脑脊液相比,血液中的 Aβ 蛋白浓度很低,实验表明其血浓度接近常用的ELISA 检测法( 酶联免疫吸附试验,一种检测血液中蛋白浓度的方法)的检测浓度极限,因此难以精确定量。并且,检测血液中的总 Aβ 蛋白与 PET 检测结果相关性很低,表明这种方法特异性很差。
 
研究者猜测,总Aβ蛋白特异性低的原因可能是血液中特定类型的 Aβ 蛋白才与 AD 相关。经过筛选,研究者把目光聚焦到一种叫做外泌体(exosome)的物质上。
 
外泌体是细胞分泌到胞外的囊泡结构,它像一个集装箱,携带大量货物,在细胞间穿梭。不同的外泌体表面有不同的分子标记,就像集装箱上的收货单,通过这种方式被特定的细胞识别。
 
研究者首先确定了一些外泌体携带有 Aβ 蛋白(图1)。研究者使用纳米孔技术来捕获外泌体,并通过一种原位酶扩增的技术,将捕获到的外泌体信号放大(图2),并运用表面等离子共振来进行检测。
 
经过测试,这种被研究者命名为 APEX 的检测方法灵敏度比以前的 ELISA高了几个数量级。研究者们用 APEX 方法对84名受试者的血液进行了检测。其中有17名AD 患者,18名轻度认知障碍(MCI),16名无认知障碍(NCI)的健康人,以及9名血管性痴呆和12名神经血管损害的病人。
 
检测结果显示,外泌体结合的 Aβ 蛋白与认知程度呈显著的相关性,而未与外泌体结合的 Aβ 蛋白和血浆总 Aβ 蛋白没有显示这种相关性(图3),这证实了研究者之前的猜测:特定类型的 Aβ 蛋白才与 AD 相关。
 
 
为了便于大规模筛查,研究者将这种检测技术做成了生物芯片(图4)。每个芯片可以同时检测60个样本,并在1个小时左右得到检测结果。研究者对媒体表示,这种芯片很容易用于大规模筛查,目前该实验室正在和商业公司合作,争取5年内将该成果推向市场。[2]
 
 
“本文中的诊断技术如果能够在临床上普及,应该能为阿尔茨海默症的早期诊断提供相当大的帮助。”致力于阿茨海默症防治方法的美国初创公司PEARL Labs的首席科学家沈颖捷博士评论说。
 
她指出,阿尔茨海默症的早期诊断的研发是和治疗方法的研发同样重要而且缺一不可的。“目前临床试验频频失败的诸多原因之一就包括缺乏精准的早期诊断,也就是在病人出现认知衰退的症状之前的精准而且低耗资的实用诊断方法。”
 
值得一提的是,6月底,瑞典隆德大学(Lund University)的研究人员与制药企业罗氏合作,也发表了另一种利用血液检测 Aβ 蛋白的方法,并将于今年秋季开展较大规模的临床试验 [3]。
 
沈颖捷进一步评论说,可靠性和敏感性强而且又能普及应用的早期诊断方法或许有可能让之前一些临床试验中失败的药物“起死回生”。“当然,如果我们对阿尔茨海默症的生物标记物(biomarker)的研发能够在生物信号通路上达到Aβ生成的更上游,将对疾病的预防和治疗提供更大的应用价值。”沈颖捷说。
 
 参考文献:
[1]. Lim C Z J, Zhang Y, Chen Y, et al. Subtyping of circulating exosome-boundamyloid β reflects brain plaque deposition[J]. Nature communications, 2019,10(1): 1144.
[2] https://nypost.com/2019/06/24/new-blood-test-could-detect-alzheimers-before-symptoms-appear-study/
[3]. Palmqvist S, Janelidze S, Stomrud E, et al. Performance of Fully AutomatedPlasma Assays as Screening Tests for Alzheimer Disease–Related β-AmyloidStatus[J]. JAMA neurology, 2019.



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