アルツハイマー病の被験者からのアミロイドプラークコアにおける鉄およびカルシウム化合物のナノスケールシンクロトロンX線種分化

脳の生体計の代謝の変化は、アルツハイマー病の重要な特徴であり、アミロイド-βとの生体置換相互作用はアミロイドプラーク形成に関連しています。混合原子価酸化鉄磁石の証拠を含む鉄が豊富な凝集体は、アミロイドプラークに関連しています。凝集したアミロイド-βの存在下でin vitroで観察されるように、鉄の化学的還元の増加が、ヒト脳のアミロイドプラーク形成の部位で発生する可能性があるという仮説をテストするために、ナノスケール分布と生体計算の物理化学的状態、特に鉄の物理化学的状態は発生する可能性があります。シンクロトロンX線嚢胞鏡検査を使用して、ヒトアルツハイマー病症例からの孤立したアミロイドプラークコアで特徴付けられます。in situ X線磁気円形二色性により、磁鉄鉱の存在が明らかになりました。これは、生体磁鉄鉱の形態を伴う酸化鉄結晶のptychographicの観察によって支持された所見です。化学プローブと磁気プローブを組み合わせたX線分光鏡検査の例外的な感度と特異性により、存在する鉄酸化物の相の強化された分化が可能になりました。これにより、鉄が豊富な相の発見と種分化と、ゼロベント鉄とマグネタイトに似た酸化状態相が低下しました。隔離されたカルシウムは、in vivoでのアミロイドプラーク石灰化の動的なプロセスを示唆する2つの異なる鉱物型で発見されました。存在する鉄の酸化状態の範囲と生体磁石の直接観察は、鉄の化学的還元がアミロイドプラークの形成と併せて発生するという仮説を比較的に支持するサポートを提供します。これらの新しい発見は、アルツハイマー病で観察された酸化的負担に対するアミロイド-β凝集、プラーク形成、および破壊された金属恒常性の相対的な影響に関する挑戦的な疑問を提起します。

Altered metabolism of biometals in the brain is a key feature of Alzheimer's disease, and biometal interactions with amyloid-β are linked to amyloid plaque formation. Iron-rich aggregates, including evidence for the mixed-valence iron oxide magnetite, are associated with amyloid plaques. To test the hypothesis that increased chemical reduction of iron, as observed in vitro in the presence of aggregating amyloid-β, may occur at sites of amyloid plaque formation in the human brain, the nanoscale distribution and physicochemical states of biometals, particularly iron, were characterised in isolated amyloid plaque cores from human Alzheimer's disease cases using synchrotron X-ray spectromicroscopy. In situ X-ray magnetic circular dichroism revealed the presence of magnetite: a finding supported by ptychographic observation of an iron oxide crystal with the morphology of biogenic magnetite. The exceptional sensitivity and specificity of X-ray spectromicroscopy, combining chemical and magnetic probes, allowed enhanced differentiation of the iron oxides phases present. This facilitated the discovery and speciation of ferrous-rich phases and lower oxidation state phases resembling zero-valent iron as well as magnetite. Sequestered calcium was discovered in two distinct mineral forms suggesting a dynamic process of amyloid plaque calcification in vivo. The range of iron oxidation states present and the direct observation of biogenic magnetite provide unparalleled support for the hypothesis that chemical reduction of iron arises in conjunction with the formation of amyloid plaques. These new findings raise challenging questions about the relative impacts of amyloid-β aggregation, plaque formation, and disrupted metal homeostasis on the oxidative burden observed in Alzheimer's disease.