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Trotz Fortschritten in der Bildgebung und biomarkerbasierten Ansätzen bleibt die frühe Diagnose der Alzheimer-Krankheit (AD) auf Einzelzellebene eine Herausforderung. Biophysikalische Signale auf der Einzelzellebene, wie z.B. Kalziumdysregulation und reduzierte Membranfluidität, könnten als frühe Marker für AD dienen, jedoch sind diese schwachen Signale schwer zu erfassen. Hier charakterisierten wir beide Phänomene mit sensiblen optischen Auslesungen, die durch akustisch induzierte Zellrotation verstärkt wurden. Die Photobleaching-Halbwertszeit des Fluoreszenzsignals des Kalziumindicators und die Halb-Recovery-Zeit der Auslesung, die zur Charakterisierung der Membranfluidität verwendet wurde, variierte sowohl mit der akustischen Frequenz, die zur Induktion der Zellrotation verwendet wurde. Die Signalverstärkung erreichte in einem mittleren akustischen Frequenzbereich ihren Höhepunkt und nahm sowohl bei niedrigeren als auch höheren Frequenzen ab, was eine bandpassähnliche Antwort erzeugte. Dieses frequenzabhängige Verhalten leitete die Auswahl optimaler Betriebsfrequenzen für nachfolgende Messungen. Anschließend etablierten wir ein in vitro Zellmodell, das durch Amyloid-β (Aβ) induziert wurde, und verwendeten mehrdimensionale räumliche, zeitliche und frequenzbezogene Merkmale zur Bewertung von Aβ-induzierten Zellstresszuständen. Der akustische Rotationsansatz unterschied Aβ-induzierten Zellstress im frühen Stadium mit 99,0 % Genauigkeit von unbehandelten Kontrollen und klassifizierte fünf Zellzustände, die durch die Dauer der Aβ-Exposition definiert waren, mit 94,8 % Genauigkeit. Durch die aktive Verstärkung schwacher funktioneller Signale auf Einzelzellebene bietet diese frequenzabhängige akustische Strategie einen generalisierbaren Ansatz für die optische Phänotypisierung lebender Zellen und könnte zukünftige präklinische Studien zu AD-assoziiertem Zellstress unterstützen.
Wang et al. (Fr,) untersuchten diese Frage.