Des techniques de cosmochimie mettent en lumière un nouveau biomarqueur potentiel de la maladie d'Alzheimer

Un test peu invasif évalue les niveaux relatifs d'isotopes de potassium dans le sérum sanguin humain et montre le potentiel de diagnostiquer la maladie d'Alzheimer avant que les symptômes n'apparaissent

Une étude récente en Métallomique ont étudié les rapports isotopiques stables du potassium (K) (δ⁴¹K) dans des échantillons de sérum de personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer (MA).

Arrière-plan

Les altérations des biométaux cérébraux chez les personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer ont suscité un intérêt scientifique accru pour la métallomique isotopique, qui utilise la géochimie analytique pour caractériser les isotopes des biométaux parmi les systèmes biologiques.

Dans les maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer, des métaux tels que le calcium, le fer, le cuivre et le zinc s'accumulent dans le cerveau. L'accumulation de métaux est corrélée à l'accumulation de protéines amyloïdes b (Aβ) et au développement de plaques. En revanche, des études indiquent que les taux de potassium diminuent dans le cerveau des personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer, avec une augmentation concomitante des taux sériques à l'âge mûr. Les taux de métaux dans le sérum peuvent donc servir de biomarqueur non invasif de la maladie d'Alzheimer.

À propos de l'étude

Les chercheurs de la présente étude ont examiné si le δ sérique⁴¹Les ratios K pourraient prédire la maladie d'Alzheimer.

Les chercheurs ont comparé 20 échantillons de sérum, dix provenant de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et dix provenant de témoins du même âge et ayant des fonctions cognitives normales. Ils ont également analysé des échantillons de sérum anticoagulés K-EDTA et Li-héparine de deux patients atteints de la maladie d'Alzheimer pour étudier les différences de concentrations sériques. Les participants à l'étude phare australienne sur les biomarqueurs et le mode de vie du vieillissement (AIBL) ont fourni des échantillons de sérum.

Les chercheurs ont digéré les échantillons dans des flacons en polyfluoroalkyle (PFA) contenant 30 % de peroxyde d'hydrogène et 70 % d'acide nitrique dans un rapport de 1:10. Pour digérer 3,5 ml de sérum, ils ont utilisé 400 ml de peroxyde d'hydrogène et 3,1 ml d'acide nitrique. Les scores du Mini-Mental State Exam (MMSE), les critères du National Institute of Neurological and Communicative Disorders and Stroke et de l'AD and Related Disorders Association (NINCDS-ADRDA) et les scores de tomographie par émission de positons (TEP) pour les biomarqueurs ont confirmé le diagnostic de la maladie d'Alzheimer.

Les chercheurs ont séparé le potassium par chromatographie d'échange de cations et par encadrement d'échantillons standard (SSB) pour mesurer les compositions isotopiques du potassium. La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) a déterminé les concentrations moyennes de potassium. Les chercheurs ont exploré mécaniquement le δ moyen⁴¹ K change. Ab initio Les calculs ont permis de prédire le fractionnement isotopique du potassium entre le potassium hydraté et sa forme organique liée au glutamate et à l'aspartate. Les calculs ont utilisé les coordonnées cartésiennes des espèces optimisées contenant du potassium.

Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) ont permis de déterminer les fréquences vibratoires des complexes métalliques. Pour calculer les fréquences vibratoires, les chercheurs ont remplacé les ions potassium par les isotopes 39K et 41K avec des valeurs de masse respectives de 38,97 et 40,96. Ils ont calculé les complexes métalliques d'acides aminés sous vide avec du potassium lié à des groupes carboxyles. Ils ont également dérivé des facteurs bêta ou des rapports fonctionnels de partition réduits pour l'analyse.

Les tests de normalité de D'Agostino et Pearson ont étudié les écarts entre les données de la maladie d'Alzheimer et les données de contrôle par rapport aux distributions gaussiennes. Les tests F ont interrogé la variance entre les données des patients atteints de la maladie d'Alzheimer et celles des témoins, et le test t de Welch a comparé les moyennes entre les deux ensembles de données. Les courbes ROC (Receiver-Operation Characteristic) ont indiqué la spécificité et la sensibilité de δ⁴¹ Les ratios K comme biomarqueurs de la MA.

Résultats

Les patients atteints de la maladie d'Alzheimer ont montré une valeur moyenne δ significativement plus faible⁴¹K ratios que les témoins. Le potassium hydraté a également montré des δ plus faibles⁴¹Rapports K que le potassium lié organiquement. δ sérique⁴¹Les valeurs de K et les résultats de la DFT concordent avec la littérature suggérant la sortie d'ions potassium hydratés du cerveau vers le sang (en raison de l'accumulation d'Aβ). Cela correspond à une réduction mesurable du δ sérologique⁴¹K.

Les résultats suggèrent une association entre un métabolisme altéré du potassium et la maladie d'Alzheimer, probablement à un stade précoce. L'étude indique que le δ sérique⁴¹Les valeurs K pourraient être des biomarqueurs peu invasifs pour détecter la maladie d'Alzheimer. Elles sont plus évolutives, stables et rentables que les techniques actuelles.

Le δ⁴¹Les valeurs de K variaient entre -0,15 et -0,97 %. La moyenne δ⁴¹Les valeurs de K étaient de -0,55 % chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer et de -0,32 % chez les témoins (différence moyenne, 0,2 %). Les échantillons traités avec K-EDTA et Li-héparine ont montré des valeurs δ nettement différentes⁴¹Valeurs K. Elles étaient plus lourdes que leurs homologues sériques. Les courbes ROC ont donné une valeur d'aire sous la courbe (AUC) de 0,8, une sensibilité de 70 % et une spécificité de 89 % dans la détection de la maladie d'Alzheimer. Le potassium hydraté était l'espèce isotopiquement la plus légère dans l'étude. L'aspartate et le glutamate augmentent le poids des compositions isotopiques du potassium de 0,4 % et 0,2 %, respectivement. Les résultats ont indiqué que le potassium sous forme hydratée présente un poids isotopique inférieur à celui du potassium lié dans les composés organiques.

Conclusion

Les résultats de l'étude ont montré une composition isotopique de potassium plus légère ou un δ inférieur⁴¹Les valeurs de K dans le sérum des patients atteints de la maladie d'Alzheimer sont plus élevées que celles des témoins sains. Ce marqueur s'est révélé efficace pour identifier la maladie d'Alzheimer. Les études futures doivent explorer le δ sérique⁴¹Le K comme marqueur mini-invasif de la maladie d'Alzheimer dans les populations plus larges. Des recherches plus poussées pourraient déterminer l'influence de facteurs externes tels que l'alimentation sur les concentrations isotopiques dans les réservoirs corporels tels que le sérum, le cerveau et les organes du corps humain.