Demenz im Blut aufspüren

Ein Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) will Proteine in nie gekannter Präzision ablichten – und damit Einblicke in das molekulare Krankheitsgeschehen von Alzheimer gewinnen.  Gemeinsam mit der Klinik für Neurologie des Kantonsspital St. Gallen konnte nun eine erfolgreiche Pilotstudie abgeschlossen werden.

Schleicht sich der Verdacht auf eine Alzheimer-Erkrankung ein, müssen sich die Betroffenen auf langwierige und aufwendige Prozeduren einstellen, bis die Diagnose sicher ist. Ein Team der Empa und des Kantonsspital St. Gallen ist nun dabei, einen Bluttest zu entwickeln, der die Diagnose mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) ermöglichen soll. Erste Ergebnisse einer Pilotstudie haben die Forschenden im Fachmagazin “Science Advances” publiziert.

Tiefe Blicke ins molekulare Universum

Am Anfang stand für den Physiker Peter Nirmalraj der Wunsch, das Krankheitsgeschehen von Alzheimer zu verstehen, um neue Wege in Diagnostik und Therapie zu ermöglichen. Ein wichtiger Schritt hierfür wäre, die genaue Rolle der Beta-Amyloid-Peptide und der Tau-Proteine, die im Zusammenhang mit der neurodegenerativen Krankheit stehen, zu entschlüsseln. Nirmalraj hatte sich daher vorgenommen, nicht nur die bloße Anwesenheit der verdächtigen Eiweiße zu registrieren, sondern auch ihre veränderbare Gestalt und Form sowie ihre Anzahl zu bestimmen.

Gängige Methoden ermöglichen es zwar, die Gesamtmenge der beiden Eiweiße in Körperflüssigkeiten zu bestimmen. Allerdings erlauben es diese Techniken nicht, Unterschiede in der Gestalt und dem Zustand der Proteinansammlungen sichtbar zu machen. Der Forscher arbeitet darum an Technologien, welche Beobachtungen im Nanometerbereich im Blut ermöglichen und dennoch die Struktur und Morphologie der Eiweiße nicht zerstören.
Gemeinsam mit Neurologen am Kantonsspital St. Gallen konnte Nirmalraj nun eine erste Studie erfolgreich abschließen. Für die Pilotstudie untersuchte er Blutproben von 50 Patientinnen und Patienten und 16 gesunden Versuchspersonen. Mittels AFM-Technologie analysierte der Empa-Forscher hierzu die Oberfläche von rund 1000 roten Blutkörperchen pro Person, ohne jedoch Informationen über deren Gesundheitszustand zu kennen. “Nur so konnte garantiert werden, dass die Interpretation der Daten objektiv blieb”, sagt Nirmalraj.

Eiweißfasern als Indikator

Der Empa-Forscher vermaß Größe, Struktur und Beschaffenheit von Protein-Ansammlungen, die sich auf den Blutkörperchen befanden. Nach Tausenden von roten Blutkörperchen erwartete das Team gespannt den Abgleich der Ergebnisse aus Nirmalrajs Zählungen mit den klinischen Daten der Neurologen. Und tatsächlich konnten die Forscher ein Muster erkennen, das zum Krankheitsstadium der Versuchspersonen passt: Menschen, die an Alzheimer erkrankt waren, wiesen große Mengen von Proteinfasern aus Beta-Amyloid-Peptiden und Tau-Proteinen auf. Dabei konnten sich die Proteine zu Fasern von mehreren hundert Nanometern Länge zusammenfügen. Bei gesunden Personen oder jenen mit beginnenden Hirnleistungsstörungen zählte Nirmalraj hingegen lediglich wenige Fasern.

Damit sei die Machbarkeit einer Blutanalyse mittels AFM-Technologie erwiesen, freut sich der Empa-Forscher: “Sollte sich mit dieser Methode ein zuverlässiger Bluttest entwickeln lassen, bliebe Menschen mit Verdacht auf Alzheimer die unangenehme Punktion des Rückenmarkkanals erspart, um die Krankheit eindeutig diagnostizieren zu können.”
Bis so ein einfacher Bluttest zur Verfügung steht, ist es allerdings noch ein weiter Weg. Als nächstes möchte das Team nun die Daten durch die Untersuchung einer größeren Zahl an Versuchspersonen in verschiedenen Krankheitsstadien mittels AFM und chemischen Analysen erhärten.

Originalpublikation:
Nirmalraj PN et al. Spatial organization of protein aggregates on red blood cells as physical biomarkers of Alzheimer’s disease pathology. Science Advances, 24. September 2021