Radzenie sobie ze stopniową utratą pamięci u starszych członków rodziny, krewnych lub przyjaciół stanowi jedno z najtrudniejszych wyzwań współczesności. Niepewność towarzysząca pierwszym oznakom zapomnienia jest często początkiem długiej i wyczerpującej emocjonalnie podróży dla całej rodziny. Obecna praktyka medyczna, nawet w przypadku najczęstszej formy demencji, choroby Alzheimera, w dużej mierze opiera się na ocenach behawioralnych i testach poznawczych w celu postawienia diagnozy. Chociaż zaawansowane metody, takie jak obrazowanie mózgu i analizy krwi, dostarczają ważnych informacji, często nie są one wystarczające do ostatecznego i precyzyjnego potwierdzenia choroby za życia pacjenta. Niestety, najbardziej ostateczną diagnozę każdego typu demencji wciąż stawia się dopiero na podstawie pośmiertnej analizy tkanki mózgowej.

Wyzwania w precyzyjnej diagnostyce demencji

Problem polega na tym, że różne typy demencji, mimo podobnych objawów, wynikają z różnych procesów patologicznych w mózgu. Choroba Alzheimera, postępujące porażenie nadjądrowe (PSP) i otępienie czołowo-skroniowe (FTD) to tylko niektóre przykłady schorzeń neurodegeneracyjnych, które mogą manifestować się w podobny sposób, ale wymagają zupełnie innego podejścia do leczenia i opieki. Brak precyzyjnych narzędzi diagnostycznych, które mogłyby rozróżnić te choroby we wczesnym stadium, stanowi ogromną przeszkodę w rozwoju nowych terapii i zapewnieniu odpowiedniej opieki pacjentom. Lekarze często znajdują się w sytuacji, w której muszą podejmować decyzje na podstawie nakładającego się obrazu klinicznego, co może prowadzić do opóźnionej lub nawet błędnej diagnozy.

Właśnie w celu zniwelowania tej luki diagnostycznej naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco (UCSF) zwrócili się ku zupełnie nieoczekiwanemu źródłu – barwnikom przemysłowym. Rozpoczęli obszerne badania, w których przebadali setki komercyjnie dostępnych barwników, aby zidentyfikować te, które mają zdolność wiązania się z różnymi rodzajami skupisk białek tworzących się w mózgu podczas rozwoju demencji. To innowacyjne badanie oferuje kluczowe wskazówki do projektowania zupełnie nowych barwników diagnostycznych, które mogłyby umożliwić naukowcom i lekarzom wyraźne rozróżnienie poszczególnych typów demencji za życia pacjenta.

Rewolucyjne podejście w badaniach

Dr Jason Gestwicki, profesor chemii farmaceutycznej na UCSF i główny autor niedawno opublikowanego badania w prestiżowym czasopiśmie Nature Chemistry, podkreślił frustrującą stagnację w tej dziedzinie. „Postęp w diagnozowaniu i leczeniu różnych demencji był przerywany i powolny” – stwierdził dr Gestwicki. „Jesteśmy optymistami, że nasze uproszczone podejście do przesiewania barwników może zmienić krajobraz badań i, ostatecznie, opiekę, którą zapewniamy w tych niszczycielskich stanach”. Badanie, przeprowadzone przy wsparciu finansowym Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH), stanowi potencjalny punkt zwrotny w walce z chorobami neurodegeneracyjnymi.

Zespół naukowy początkowo skupił się na białku tau, kluczowej cząsteczce, która gromadzi się w mózgu w unikalnych, patologicznych formach w chorobie Alzheimera, postępującym porażeniu nadjądrowym i otępieniu czołowo-skroniowym. W normalnych warunkach białko tau odgrywa kluczową rolę w stabilizacji mikrotubul, swego rodzaju „rusztowania” wewnątrz komórek nerwowych. Jednak w tych chorobach ulega ono nieprawidłowym zmianom, odłącza się od mikrotubul i zaczyna agregować w sploty neurofibrylarne wewnątrz neuronów, co prowadzi do ich dysfunkcji i śmierci. Kluczowym odkryciem jest to, że kształt i struktura tych skupisk tau różnią się w zależności od choroby. Właśnie tę różnicę naukowcy chcą wykorzystać do diagnostyki różnicowej.

Od setek barwników do kilku kluczowych kandydatów

W warunkach laboratoryjnych badacze stworzyli różne formy skupisk białka tau, naśladując te znalezione w mózgach pacjentów z różnymi demencjami. Następnie systematycznie przetestowali imponującą bibliotekę 300 różnych barwników przemysłowych, aby ustalić, które z nich wykazują powinowactwo do określonych form agregatów tau. Poprzez serię powtarzanych i rygorystycznych eksperymentów udało im się zawęzić tę szeroką listę 300 kandydatów do 27 barwników, które wykazały interesujące właściwości wiązania – niektóre wiązały się ze wszystkimi formami skupisk tau, podczas gdy inne wykazywały specyficzność tylko dla niektórych z nich.

Dzięki dodatkowym, jeszcze bardziej szczegółowym testom lista została zredukowana do zaledwie 10 najbardziej wiarygodnych trafień. Jeden z tych barwników okazał się niezwykle skuteczny, wyraźnie oświetlając skupiska tau nie tylko w zwierzęcym modelu choroby Alzheimera, ale także w próbkach tkanki mózgowej pobranych od zmarłych pacjentów, którzy cierpieli na tę chorobę. Ten etap walidacji na ludzkiej tkance potwierdził ogromny potencjał tego podejścia.

Rozszerzenie badań i przyszłe zastosowania

Jednak ambicje zespołu nie kończyły się na białku tau. Naukowcy przebadali również te same barwniki na dwóch innych rodzajach białek, których akumulacja jest charakterystyczna dla innych chorób neurodegeneracyjnych, takich jak amyloid-beta w chorobie Alzheimera i alfa-synukleina w chorobie Parkinsona i otępieniu z ciałami Lewy'ego. W tych testach również znaleźli kilku obiecujących kandydatów, co sugeruje, że metoda ta mogłaby być stosowana znacznie szerzej.

Te ponownie wykorzystane barwniki przemysłowe służą teraz jako swego rodzaju molekularny plan. Pokazują one chemikom, jak mogliby projektować zupełnie nowe, wysoce specyficzne cząsteczki – sondy diagnostyczne – które mogłyby precyzyjnie identyfikować różne formy skupisk białek będące cechą charakterystyczną każdej demencji. Wizją jest stworzenie narzędzi diagnostycznych, które, podawane dożylnie, mogłyby być stosowane w połączeniu z technikami obrazowania mózgu, takimi jak skanowanie PET (pozytonowa tomografia emisyjna), w celu uzyskania wyraźnej, kolorowej mapy zmian patologicznych w mózgu żywego pacjenta. Umożliwiłoby to postawienie diagnozy nie tylko wcześniej, ale także z nieporównywalnie większą precyzją.

Grupa dr. Gestwickiego z wielkim entuzjazmem patrzy również na możliwość zastosowania swojego procesu przesiewania barwników do rozwiązywania szerszego spektrum wyzwań diagnostycznych w neurologii, onkologii i innych dziedzinach medycyny. „Chemia przemysłowa wyprodukowała tysiące cząsteczek, które mogły nie odnieść sukcesu w swoim pierwotnym, oryginalnym przeznaczeniu” – podsumowuje Gestwicki. „Ale niektóre z nich mogłyby zostać ponownie wykorzystane i stać się zwycięzcami, jeśli chodzi o biomedycynę”. To podejście otwiera drzwi do skarbnicy niewykorzystanych związków chemicznych, które, przy odpowiednim podejściu naukowym, mogłyby stać się kluczowymi narzędziami w walce z najcięższymi chorobami dzisiejszych czasów.