Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) Петра Великого создали цифровой метод оценки формы нейронов головного мозга, который позволяет не просто оценить размеры, но и описать их сложную трехмерную форму с высокой математической точностью. Разработка поможет быстрее и точнее оценивать эффективность воздействия веществ, которые в будущем могут стать основой для лекарственной терапии различных заболеваний, например, болезни Альцгеймера, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.
© ТАСС
"Ценность нового метода состоит в возможности точнее анализировать ответ пораженной нейрональной ткани на различные химические вещества, в число которых входит экспериментальная терапия нейродегенеративных заболеваний. То есть мы получили инструмент, который позволяет увидеть ранее недоступные для анализа тончайшие изменения в форме шипиков. Это важно в процессе поиска лекарства от болезни Альцгеймера: наш инструмент позволит исследователям наиболее полно и точно фиксировать восстановление формы поврежденных шипиков под действием исследуемого вещества", — привели в пресс-службе слова кандидата физико-математических наук, заведующей лабораторией анализа биомедицинских изображений и данных Института биомедицинских систем и биотехнологий СПбПУ Екатерины Пчицкой.
Уточняется, что дендритные шипики нейронов головного мозга можно назвать структурами, которые отвечают за память и обучение человека. При заболеваниях мозга или тяжелых нейродегенеративных заболеваниях фиксируется изменение их формы, что ухудшает связь между нейронами. Одним из факторов, влияющих на негативное изменение формы шипиков, а следовательно, и на их функционирование, является накопление бета-олигомеров амилоида (амилоидных бляшек), начинающееся задолго до появления первых клинических симптомов болезни Альцгеймера.
Разработка ученых
По данным пресс-службы, ученые относили шипики к нескольким типам, исходя из формы на основе визуальной или полуавтоматической классификации, либо описывали с помощью простых числовых показателей — длины, объема, ширины головки, углов. Ученые Политеха разработали новые, значительно более точно описывающие форму шипиков численные метрики.
"Мы использовали математический аппарат сферических гармоник и моментов Цернике. Эти методы хорошо зарекомендовали себя в инженерных науках для анализа сложных форм. Новизна нашей работы в том, что впервые в мире к микроскопическим изображениям шипиков применили трехмерные математические дескрипторы формы. Гармоники позволяют разложить сложный трехмерный объект на сумму базовых трехмерных форм с определенными коэффициентами, и даже по этим коэффициентам собрать их форму обратно с высокой точностью", — привели в вузе слова программиста лаборатории анализа биомедицинских изображений и данных Института биомедицинских систем и биотехнологий СПбПУ Дарьи Смирновой.
Как отметили в пресс-службе, для оценки нового инструмента ученые провели сравнение между формой шипиков здоровых нейронов и нейронов мозга, моделирующих болезнь Альцгеймера. Прежние методы оценки формы показали лишь уменьшение размеров шипиков на фоне заболевания. Новый метод дополнительно выявил статистически значимые перераспределения форм в пяти различных кластерах. Например, в условиях амилоидной токсичности стало больше вытянутых и атипичных шипиков, которые с трудом поддаются традиционной классификации, но играют важную роль в понимании механизмов нейродегенерации.
В планах ученых — усовершенствовать метод для описания очень тонких и вытянутых шипиков, а также интегрировать разработку в открытый программный инструмент SpineTool, сделав его доступным для нейробиологов по всему миру. Исследование выполнено при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования РФ и стипендии на аспирантские исследования от центра перспективных междисциплинарных исследований "Идея".
