Multipla Skleroza (MS) se smatra bolešću centralnog nervnog sistema (CNS-a) gdje kombinacija demijelinizacije, upale i degeneracije aksona rezultira neuralgičnom nesposobnošću. Mijelinske ovojnice u nervnom sistemu pršljenova omogućavaju brže širenje impulsa. Mijelin je esencijalna supstanca koja održava funkcionisanje živaca, šaljući i primajući komunikaciju iz svih dijelova našeg tijela. Oštećenje mijelina može dovesti do demijelinizacije aksona, što neurone čini sklonim degeneraciji.
Većina ljudi ima sposobnost ponovnog uspostavljanja bilo kakvog oštećenog mijelina u CNS-u, ali pacijenti s MS-om gube ovu sposobnost iz razloga koji još nisu razjašnjeni. Bolest je poznata odavno, a dijagnoza se zasniva na posmatranju kičmene tečnosti (jedinstvene oligoklonalne trake) i McDonaldovim kriterijumima. Trenutno još uvijek ne postoji kurativni tretman i lijekovi koji su odobreni, uglavnom usmjereni na smanjenje upale CNS-a. Kada se dijagnoza postavi, već je prilično kasno za liječenje bolesti jer je došlo do degeneracije.
„U ovom pionirskom pristupu, koristimo nanostrukturnu periodičnost mijelina i koristimo tenzorsku tomografiju raspršenja X-zraka pod malim uglom (SAXS-TT – Small Angle X-ray Scattering) da bismo istovremeno odredili kvantitativno nivoe mijelina, nanostrukturni integritet i orijentacije aksona u nervnom tkivu. Ovaj pristup zahtijeva jače rendgenske zrake od konvencionalnih, a uzorci su snimljeni uz pomoć sinhrotrona, u nuklearnom reaktoru u Hamburgu. Zahvaljujući ovim podacima i repetitivnoj strukturi mijelinskih ovojnica u mozgu, moguće je dobiti 3D mapu informacija, a ako složimo uzastopne informacije, možemo dobiti informaciju o volumenu. Za razliku od do sada najčešće primjenjivane magnetne rezonance koja nije osjetljiva na mijelin, tenzorska tomografija također omogućava neinvaznivnu rekonstrukciju i drugih parametara. Moja uloga je upravo obrada tih podataka uz pomoć različitih softvera i 3D rekonstrukcija. Raduje me činjenica da mogu doprinijeti na bilo koji način svojoj državi, obzirom da je nama kroz medije odavno poznata priča ef. Eseda koji je bolovao istu bolest. Ljudi malo toga znaju o njoj, međutim, dosta je zastupljena i progresivna.“
Synchroton DESY, Hamburg
Experimentalna postavka – SAXS
Selma je studentica master studija Tehničke fizike na Tehničkom Univerzitetu u Grazu, te u sklopu ovog projekta surađuje sa još 2 Profesora, Profesor sa Medicinskog Univerziteta u Grazu, koji između ostalog obskrbljuje ex vivo mozgovima pacijenata sa MS za istraživanje, te prominentnim naučnikom sa Stanford Univerziteta, čije se ime već par puta spominjalo u njapoznatijem naučnom članku Science, M.Georgiadisom.
Detaljne informacije o nivoima mijelina, integritetu i orijentaciji aksona koje pruža SAXS-TT mogle bi biti od pomoći za mehanička istraživanja, na primjer, o sazrijevanju nervnog sistema tokom razvoja mozga ili promjenama u vezi sa starenjem, do patologija fenotipa koje utječu na nivoe i integritet mijelina, ili za karakteriziraju odgovor na terapijske intervencije. Štaviše, može se koristiti za validaciju neinvazivnih očitavanja slika koji ciljaju mijelin, orijentaciju aksona ili mikrostrukturu nervnog tkiva. 3D rekonstrukcija Myelina nam nudi uvid u proces njegove degeneracije i aktivnosti, te samim tim i bolji uvid u bolesti koje su time prouzrokovane, kao sto je multipla skleroza.
Medicinski Univerzitet u Grazu
MS is regarded as a disease of CNS where a combination of demyelination, inflammation, and axonal degeneration results in neuralgic disability. Myelin sheaths in the vertebrae nervous system enable faster impulse propagation. Myelin is an essential substance that keeps nerves functioning, sending and receiving communication from all parts of our body. Damage to Myelin can result in demyelination of an axon, which makes neurons prone to degeneration. Most people have the ability to reestablish any damaged myelin in the CNS, but MS patients lose this ability for reasons that are not yet understood. The disease has been known for a long time now, and the diagnosis is based on spinal fluid observations (unique oligoclonal bands) and the McDonald criteria. At the moment, there is still no curative treatment and drugs that have been approved, mainly aimed at reducing inflammation of the CNS. By the time the diagnosis is established, it is already quite late to treat the disease as the degeneration has taken place.
In this pioneering approach, we exploit myelin’s nanostructural periodicity and use small-angle X-ray scattering tensor tomography (SAXS-TT) to simultaneously quantify myelin levels, nanostructural integrity, and axon orientations in nervous tissue. This approach requires stronger X-rays than conventional ones, and the samples were imaged with the help of a synchrotron, at a nuclear reactor in Hamburg. Thanks to these data and the repetitive structure of Myelin sheaths in the brain, it is possible to obtain a 3D map of information, and if we stack the consecutive information together, we can get information about the volume.
The detailed information on myelin levels, integrity, and axon orientations provided by SAXS-TT could be helpful for mechanistic studies, e.g., on nervous system maturation during brain development or aging-related changes, to phenotype pathologies affecting myelin levels and integrity, or to characterize the response to therapeutic interventions. Moreover, it can be used for validating non-invasive imaging readouts targeting myelin, axon orientation, or nervous tissue microstructure.
