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知识开拓

浸大学者研发全球首创 认知障碍症检测、成像和治疗化合物系列

2018年1月4日

黄文成教授(右)、李红荣博士(左二)与他们的团队成员何施洛博士(中)、徐迪博士(左)和博士生陈希雅(右二)。
黄文成教授(右)、李红荣博士(左二)与他们的团队成员何施洛博士(中)、徐迪博士(左)和博士生陈希雅(右二)。
体内萤光成像显示,(上)七个月大的健康老鼠和(下)带病老鼠随著时间增长,脑内的花青素化合物浓度改变
体内萤光成像显示,(上)七个月大的健康老鼠和(下)带病老鼠随著时间增长,脑内的花青素化合物浓度改变
红色粉末是花青素化合物
红色粉末是花青素化合物

浸大的化学学者就认知障碍症(又称阿兹海默症)的检测、成像和治疗,研发出一系列全球首创的多功能「花青素化合物」。这项新发明已获得四项美国专利和一项中国专利,有关论文并在国际著名学术期刊上刊登。

浸大化学系黄文成教授和副教授李红荣博士率领的研究团队,证实结合创新的「花青素化合物」於纳米检测平台上,能定量追踪人类体液(如脑脊液、血清、唾沫、尿液)中所存在的与阿兹海默症相关的蛋白质生物标记物,准确检测阿兹海默症,而且检测成本低、速度快、灵敏度高。另一方面,这种化合物可作为显影剂,追踪和检测患者体内的病变过程,有助进一步了解发病的机理,有极大潜力发展成治疗该症的药物。

阿兹海默症是认知障碍症中最常见的类型,是现时没有方法治愈的脑神经退化疾病,其致病成因未明。患阿兹海默症的特徵是脑内积聚「淀粉样蛋白」(又称「老人斑」)。常用的诊断方法包括临床评估、认知测试和神经影响(监测大脑的结构变化),但需要在症状出现后才有效。其他方法如磁力共振成像,则需要将造影剂注射入人体,增加风险。

团队研制的花青素化合物能够针对检测人类脑脊液内的「β-淀粉样肽」、「tau」和「p-tau」这三种与阿兹海默症相关的蛋白质,而且,只需使用微量(一小滴、约0.001毫升)的检测试剂滴在脑脊液样品液中,约一小时便能准确地针对目标蛋白进行定量分析,比现时所用的检测方法更快,灵敏度更高,而成本亦大大低於现有的方法。

检测原理是以磁纳米颗粒表面的抗体来监测阿兹海默症相关的蛋白质,再加上新开发的花青素化合物进行标记,增加萤光信号,达到量化效果。

李红荣博士说:「这种新开发的检测工具成本低,而且能够精确地诊断并预测阿兹海默症的症状,亦可作为一种新型非侵入性的方法,用於全民疾病筛查工具,可见这种科学的检测方法具有非常大的潜力。」

李博士表示,这种新的检测方法可进一步研究应用到其他相关疾病的抗体、核酸检测,更广泛用於疾病诊断和生物医学研究。

该项研究的论文〈Ultra-sensitive detection of protein biomarkers for diagnosis of Alzheimer’s disease〉已刊登於国际著名学术期刊《Chemical Science》(DOI: 10.1039/C6SC05615F)。

另外,由於这种花青素化合物对β-淀粉样蛋白肽寡聚体具靶向性,与蛋白结合后能呈现萤光,成为显影剂,可用於监测患者体内阿兹海默症的变化,更深入理解该症的发病机理。

β-淀粉样蛋白肽寡聚体是由它的单体错误折叠和自我聚合所形成,从而产生β-淀粉蛋白纤维,生成「老人斑」——阿兹海默症的病理学标志之一。研究显示,寡聚体这种结构形式是β-淀粉样物质中最具神经毒性的,并且与形成阿兹海默症关系密切。因此,检测和成像β-淀粉样蛋白肽寡聚体比其他任何β-淀粉样物质更加重要。实验发现花青素类化合物於年轻的阿尔兹海默症转基因模型小鼠上,成功进行β-淀粉样蛋白肽寡聚体检测和成像,研究团队将进一步研究其病理。

此外,这种崭新的化合物能有效穿透脑血管屏障(可进入脑组织)、低毒性,并能抑制β-淀粉样蛋白有毒的寡聚体,因此可以保护神经细胞免被β-淀粉样蛋白的毒性侵害。由於该化合物能够抑制引起神经毒性低聚物的产生,又能保护神经细胞免於活性氧的侵害和细胞内钙离子的升高,具有可观的治疗潜力。

新化合物对於前期阿兹海默症的诊断和治疗有巨大的潜力,研究团队目前正研究这系列的化合物能否提升阿兹海默症小鼠模型的认知能力。

这研究的论文〈Fluoro-Substituted Cyanine for Reliable in vivo Labelling of Amyloid-β Oligomers and Neuroprotection against Amyloid-β Induced Toxicity〉已刊登於《Chemical Science》(DOI: 10.1039/C7SC03974C)。