科学家们由意大利纳米技术研究所领导，并与法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射设施（ESRF）合作，发现X射线微米和纳米断层扫描可以提供关于微生物群落神经元与大脑神经元之间联系过程的线索，这些过程可能会引发阿茨海默病。该研究成果已发表在《科学进展》杂志上。
阿茨海默病是最常见的痴呆症类型，是一种以脑部改变为特征的神经退行性疾病，包括突触丧失、慢性炎症和神经细胞死亡。
近年来，科学家们发现了证据表明，微生物群落和大脑通过存在于两个器官中的神经元进行沟通。这种轴的功能障碍已被与精神和神经系统疾病联系起来，包括阿茨海默病。
微生物群落微生物群，指的是微生物群落内的微生物，对人体健康起着关键作用，并影响大脑功能、认知和行为。“已经有大量研究表明，微生物群落组成的变化会促进阿茨海默病的发生和发展”，意大利纳米技术研究所的研究员、本文通讯作者Alessia Cedola解释道。
特别是，失衡（即微生物多样性丧失的过程）会导致有害细菌的增加，这些细菌产生有毒代谢产物，引发炎症，进而破坏微生物群落/大脑屏障。
当微生物群落失衡发生时，究竟会发生什么？“主要假设是变化会促使有害细菌从微生物群落逃逸，进入血液循环，到达大脑并触发阿茨海默病，但证据仍然不足”，Cedola补充道。
现在，科学家们发现，纳米和微X射线相位对比断层扫描（XPCT）是研究微生物群落结构和形态变化的强大工具，无需组织操作。研究团队来到法国格勒诺布尔的ESRF进行实验，在ID16A光束线上扫描样本。“借助这项技术，我们可以在三维中对软生物组织进行高灵敏度成像，准备样本最少，无需造影剂”，负责ID16A光束线的科学家Peter Cloetens解释说。
实验数据部分也在Soleil完成，显示了阿尔茨海默病小鼠体内不同组织的细胞丰度和组织变化，以及结构改变。具体来说，它显示了微生物群落绒毛和隐窝的相关改变，潘氏细胞和杯状细胞的细胞转化，以及肠腔内检测到的间质细胞、神经元、红细胞和杯状细胞分泌的粘液。所有这些元素在正常工作时，维持微生物群落健康，支持消化，并保护肠黏膜免受损伤。
“这项技术代表了对微生物群落进行彻底分析的真正突破，它可能在疾病的早期检测和预后中发挥关键作用”，Cedola说。她还补充道：“作为ESRF的长期用户，我可以证明该设施为尖端研究提供了令人难以置信的机会，尤其是带有EBS的纳米成像光束线。来到ESRF对于推进我们对阿茨海默病中微生物群落-大脑轴的理解至关重要”。
与科学家Francesca Palermo和Claudia Balducci一起，下一步研究将是进一步利用XPCT的能力，研究微生物群落如何与中枢神经系统沟通。研究团队计划调查微生物群落神经系统及其在阿茨海默病中的作用。
“通过更深入地了解这些过程，我们希望确定新的治疗靶点，并开发创新的治疗方法来应对这种毁灭性疾病。ESRF无疑将继续在我们的研究中发挥关键作用，我们期待未来几年会有更多激动人心的发现”，Cedola总结道。
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