DE102010047060A1 - Diagnosis of dementia, preferably Alzheimer's disease, comprises supplying extracted components from a suction to an analysis unit and analyzing components in analysis unit for presence of e.g. paired helical filaments-tau plaques - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Morbus Alzheimer.The invention relates to a method and a device for diagnosing Alzheimer's disease.
Morbus Alzheimer ist eine Krankheit, die typischerweise in höherem Alter auftritt und bei den betroffenen Patienten einen zunehmenden Verlust kognitiver und nicht-kognitiver Fähigkeiten verursacht. Im Gehirn von Patienten mit Morbus Alzheimer bilden sich β-Amyloid Plaques sowie pathologisch veränderte Nervenzellfortsätze mit intrazellulär gelegenen fibrillären Ablagerungen des τ-PHF-Proteins. Im Verlauf der Erkrankung nimmt die Hirnmasse durch Absterben der Neuronen stark ab, man spricht hierbei von einer Hirnatrophie. Das Vorhandensein von β-Amyloid-Plaques in der Hirnrinde ist ein anerkanntes, frühes pathologisches Kennzeichen des Morbus Alzheimer. Die β-Amyloid Pathologie beginnt in der Hirnrinde, während die τ-PHF-Pathologie zuerst in der Hippokampusformation auftritt. Neben dem Gehirn befinden sich β-Amyloid-Ablagerungen auch in der Augenlinse, der Retina (
Es ist bekannt, dass Morbus Alzheimer Patienten vermehrt an Augenkrankheiten wie AMD und Glaukom, leiden (
Altersbedingt leiden die Personen per se auch an Katarakt.Due to age, people also suffer from cataracts per se.
Die Katarakt oder auch Grauer Star bezeichnet eine Trübung der humanen Augenlinse. Bei 90% aller Katarakte handelt es sich um sogenannte Alterskatarakte. Die Ursache der Kataraktentwicklung ist meist unbekannt. Nahezu alle über 65-jährigen haben einen Katarakt und ca. 50% bemerken Sehstörungen, wenn sie über 75 Jahre sind.Cataract or cataract is a clouding of the human eye lens. 90% of all cataracts are so-called old-age cataracts. The cause of cataract development is usually unknown. Nearly all people over the age of 65 have cataracts and around 50% notice visual disturbances if they are over 75 years old.
Jedes Jahr werden in Deutschland über 650.000 Kataraktoperationen durchgeführt, bei denen die getrübte Linse durch ein künstliches Linsenimplantat ersetzt wird.Each year, more than 650,000 cataract surgeries are performed in Germany in which the clouded lens is replaced by an artificial lens implant.
Die Entnahme der Augenlinse erfolgt entweder
- • durch die intrakapsuläre Kataraktextraktion (ICCE) bei der über einen großen, oberen Hornhautschnitt die gesamte Linse in ihrer Kapsel mit einem Kältestift angefroren und entnommen wird
- • durch die extrakapsuläre Kataraktextraktion (ECCE) bei der die vordere Kapsel mit einem kleinen Schnitt geöffnet wird und der Linsenkern und -rinde durch Phakoemulsifikation entfernt wird.
- • the intracapsular cataract extraction (ICCE), in which a large, upper corneal incision is used to freeze the entire lens in its capsule with a cold stick
- • by extracapsular cataract extraction (ECCE), in which the anterior capsule is opened with a small incision and the lens nucleus and cortex are removed by phacoemulsification.
Es ist zudem möglich einige Schritte einer Kataraktchirurgie mit einem Femtosekundenlaser durchzuführen.It is also possible to perform some steps of a cataract surgery with a femtosecond laser.
Eine weitere im Alter häufiger vorkommende Augenoperation ist die Vitrektomie. Bei dieser wird der Glaskörper (corpus vitreum) entfernt. Indikationen für eine Vitrektomie sind u. a.
- • Glaskörperblutungen;
- • Traktive Netzhautablösungen;
- • Proliferative Vitreoretinopathie;
- • Entzündliche oder posttraumatische Glaskörperveränderungen.
- • vitreous hemorrhages;
- • Tractive retinal detachments;
- • proliferative vitreoretinopathy;
- • Inflammatory or post-traumatic vitreous changes.
Bei einer Vitrektomie wird der Glaskörper durch sukzessives, stückweise Ausschneiden mit einem Vitrektom, z. B. die Phakomaschine VisalisTM 100 der Firma Carl Zeiss Meditec AG, entnommen. Dazu sind eine
- • Faseroptik zur Beleuchtung;
- • eine Infusionskanüle, um den intraokular Druck konstant zu halten;
- • ein Vitrektom;
- • fiber optics for lighting;
- • an infusion cannula to keep the intraocular pressure constant;
- • a vitrectomy;
Eine gesicherte Diagnose des Morbus Alzheimer ist derzeit nur post mortem durch histologische Untersuchung des Gehirns möglich. Die aktuelle klinische Diagnostik am lebenden Patienten ist sehr heterogen und stützt sich auf Beobachtungen von Angehörigen (Fremdanamnese), bildgebende Verfahren der Radiologie (CT, MRT und PET), kognitive- und Gedächtnistests sowie den Ausschluss anderer neuroddegenerativer Erkrankungen in labordiagnostischen Blut- und Liquoruntersuchungen (CSF).A confirmed diagnosis of Alzheimer's disease is currently only possible post mortem by histological examination of the brain. The current clinical diagnosis of living patients is very heterogeneous and is based on observations of relatives (external history), radiographic imaging (CT, MRI and PET), cognitive and memory tests and the exclusion of other neurodegenerative diseases in laboratory blood and cerebrospinal fluid examinations ( CSF).
In der
Die Erfindung hat die Aufgabe, insbesondere bei älteren Menschen die Diagnose von Morbus Alzheimer zu verbessern und zu vereinfachen.The invention has the task of improving and simplifying the diagnosis of Alzheimer's disease, especially in the elderly.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Diagnostik von Demenzerkrankungen auf der Basis einem Auge operativ entnommener Bestandteile gelöst, wobei eine Absaugung die entnommenen Bestandteile einer Analyse-Einheit zuführt und die Bestandteile in der Analyse-Einheit auf das Vorhandensein und/oder relativer Anteile von τ-PHF-Plaques und/oder β-Amyloid-Plaques analysiert werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die entnommenen Bestandteile Linsenmaterial der Augenlinse ist, welches während einer Kataraktoperation entnommen wird und eine in vitro Analyse des Linsenmaterials auf τ-PHF-Plaques und/oder β-Amyloid-Plaques erfolgt. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die entnommenen Bestandteile Vitreusmaterial ist, welches während einer Vitrektomie entnommen wird und die in vitro Analyse von τ-PHF-Plaques und/oder β-Amyloid-Plaques erfolgt.This object is achieved by a method for the diagnosis of dementias on the basis of an eye surgically removed components, wherein a suction feeds the removed components of an analysis unit and the components in the analysis unit on the presence and / or relative proportions of τ- PHF plaques and / or β-amyloid plaques are analyzed. It is advantageous if the removed components are lens material of the eye lens, which is taken during a cataract surgery and an in vitro analysis of the lens material on τ-PHF plaques and / or β-amyloid plaques takes place. It is further advantageous if the removed components are vitreous material which is taken during a vitrectomy and the in vitro analysis of τ-PHF plaques and / or β-amyloid plaques takes place.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Diagnostik von Demenzerkrankungen auf der Basis einem Auge operativ entnommener Bestandteile gelöst, welche eine Absaugung für die entnommenen Bestandteile und eine Analyse-Einheit aufweist, wobei die Analyseeinheit zur Analyse der Bestandteile auf das Vorhandensein und/oder relativer Anteile von τ-PHF-Plaques und/oder β-Amyloid-Plaques ausgeführt ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Absaugung und die Analyseeinheit miteinander vorzugsweise fluidisch verbunden sind. Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Absaugung mit einer Transportvorrichtung für die entnommenen Bestandteile verbunden ist, und die Analyseeinheit zur Aufnahme der Transportvorrichtung und Analyse der in der Transportvorrichtung enthaltenen Bestandteile ausgeführt ist.The object is further achieved by a device for the diagnosis of dementias on the basis of an eye surgically removed components, which has an extraction for the extracted components and an analysis unit, wherein the analysis unit for analyzing the components for the presence and / or relative proportions of τ-PHF plaques and / or β-amyloid plaques. It is advantageous if the suction and the analysis unit are preferably connected to each other fluidly. It is also advantageous if the suction is connected to a transport device for the removed components, and the analysis unit for receiving the transport device and analysis of the components contained in the transport device is executed.
Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht durch eine in vitro (bzw. ex vivo) Analyse der im Rahmen einer Katarakt-OP bzw. Vitrektomie entnommenen Augenlinse bzw. Glaskörper eine exaktere Diagnose und bessere Differentialdiagnose als das oben beschriebene in vivo Verfahren. Außerdem können in vitro und ex vivo ohne großen Aufwand mehrere molekulare Marker angewendet werden, wodurch die diagnostische Aussagen sowie die Prognosestellungen verbessert werden.The method described here makes it possible to obtain a more exact diagnosis and better differential diagnosis than the above-described in vivo method by an in vitro (or ex vivo) analysis of the eye lens or vitreous body taken during a cataract or vitrectomy. In addition, multiple molecular markers can be applied in vitro and ex vivo without great effort, which improves the diagnostic information and the prognosis.
Die bei der Lensektomie entnommene Linse wird zur Morbus Alzheimer Diagnose biochemisch oder histologisch untersucht.The lens removed during lensectomy is examined biochemically or histologically for the diagnosis of Alzheimer's disease.
Dabei wird zwischen den zwei Verfahren zur Entnahme der Linse unterschieden:
- • intrakapsuläre Kataraktextraktion (ICCE)
- • extrakapsuläre Kataraktextraktion (ECCE)
- • intracapsular cataract extraction (ICCE)
- • extracapsular cataract extraction (ECCE)
Bei der intrakapsulären Entnahme wird die Augenlinse weitestgehend intakt entnommen. Dies ermöglicht auch die Durchführung von histologischen Untersuchungen.During intracapsular removal, the eye lens is removed as far as possible intact. This also allows the conduct of histological examinations.
Nach Entnahme wird die humane Linse durch entsprechende histologische Verfahren aufgearbeitet.After removal, the human lens is processed by appropriate histological procedures.
Die β-Amyloid-Plaques können unter anderem durch folgende molekularen Marker sichtbar gemacht werden:
- • Thioflavin S & und deren Derivate (z. B. Pittsburgh Compound B) (IUPAC 4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline Chlorid);
- • Thioflavin T (IUPAC: 4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline chloride) und deren Derivate;
- • Kongo rot und dessen Derivate (IUPAC: 3,3'-(4,4' Biphenyldiylbisazo)bis-(4-amino-1-naphtalinsulfonsäure)-Dinatriumsalz);
- • Methlyen blau (Rember) (3,7-Bis(dimethylamino)-phenothiaziniumchlorid) und seine Derivate;
- • β-Amyloid-spezifische Antikörper, Antikörperfragmente, Peptide, Aptamere, RNA-Moleküle mit intrinsischen oder extrinsischen (z. B. durch Anhängen eines Fluroeszenz-Farbstoffes, enzymatischen Verfahrens wie Meerrettichperoxidase und Chromagen-3-Amino-9-Ehylcarboazol) Eigenschaften, welches sich zur optischen Darstellung eignen.
- Thioflavin S and its derivatives (eg Pittsburgh Compound B) (IUPAC 4- (3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl) -N, N-dimethylaniline chloride);
- Thioflavine T (IUPAC: 4- (3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl) -N, N-dimethylaniline chloride) and derivatives thereof;
- Congo red and its derivatives (IUPAC: 3,3 '- (4,4'-biphenyldiylbisazo) bis (4-amino-1-naphthalenesulfonic acid) disodium salt);
- • Methlyene blue (Rember) (3,7-bis (dimethylamino) -phenothiazinium chloride) and its derivatives;
- Β-amyloid-specific antibodies, antibody fragments, peptides, aptamers, RNA molecules with intrinsic or extrinsic (eg by attaching a fluorescence dye, enzymatic process such as horseradish peroxidase and chromagen-3-amino-9-ethylcarboazole) properties, which are suitable for optical representation.
Die τ-PHF-Plaques können unter anderem durch folgende molekularen Marker sichtbar gemacht werden:
- • Thiazohydrazid und dessen Derivate;
- • τ-PHF-spezifische Antikörper, Antikörperfragmente, Peptide, Aptamere, RNA-Moleküle mit intrinsischen oder extrinsischen (z. B. durch Anhängen eines Fluroeszenz-Farbstoffes, enzymatischen Verfahrens, wie Meerrettichperoxidase und Chromagen-3-Amino-9-Ehylcarboazol) Eigenschaften, welches sich zur optischen Darstellung eignen.
- Thiazohydrazide and its derivatives;
- • τ-PHF-specific antibodies, antibody fragments, peptides, aptamers, RNA molecules with intrinsic or extrinsic (eg, by attaching a fluorescent dye, enzymatic method, such as horseradish peroxidase and chromagen-3-amino-9-ethylcarboazole) properties , which are suitable for optical representation.
Bei der ECCE wird durch einen kleinen Schnitt die Linsenhülle geöffnet (Kapsulorhexis). Durch Ultraschall (Phakoemulsifikation), einen Wasserstrahl oder einen Laser wird die Linse zertrümmert und durch einen Saug-Spül-Ansatz (Aspirations-Irrigations-Manöver) die Linsenfragmente entfernt. Dieses Verfahren wird mit einer Phakomaschine durchgeführt, z. B. mit der Phakomaschine VisalisTM 100 der Firma Carl Zeiss Meditec AG.In the ECCE the lens cover is opened by a small cut (Kapsulorhexis). By ultrasound (phacoemulsification), a water jet or a laser, the lens is shattered and the lens fragments are removed by a suction-irrigation approach (aspiration-irrigation maneuver). This procedure is done with a phaco machine carried out, for. B. with the phaco machine Visalis TM 100 from Carl Zeiss Meditec AG.
Die hier beschriebene Erfindung sieht vor, dass die verwendete Spüllösung u. a. durch geeignete Pufferbedingungen (z. B. pH-Wert) die β-Amyloide oder τ-PHF nicht verändert.The invention described here provides that the rinsing solution used u. a. due to suitable buffer conditions (eg pH), the β-amyloids or τ-PHF are not altered.
Zudem werden die im Rahmen des Aspirationsprozess die ausgespülten Fragmente im Gegensatz zum Stand der Phako-Technik nicht verworfen sondern in ein spezielles Gefäß zur Aufbewahrung der Linsenfragmente und gegebenenfalls zur direkten Diagnose geleitet. Dieses Gefäß kann sich am Ende des Aspirationsschlauchs in oder an der Phako-Maschine befinden.In addition, in the context of the aspiration process the flushed fragments are not discarded in contrast to the state of the phaco technique but directed into a special vessel for storage of the lens fragments and possibly for direct diagnosis. This vessel may be located at the end of the aspiration tube in or on the phaco machine.
Das Gefäß ist in einer möglichen Ausgestaltung ein Wegwerfartikel für den Einmalgebrauch (für jeden Patienten wird ein separates Gefäß verwendet) und kann mit einem patienten-spezifischen Code (z. B. Barcode, Matrix-Code) versehen werden.The vessel, in one possible embodiment, is a disposable disposable article (a separate vessel is used for each patient) and may be provided with a patient-specific code (e.g., bar code, matrix code).
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Spülflüssigkeit durch Filtration oder Zentrifugation von den Linsenfragmenten getrennt werden, um das Volumen zur reduzieren.In a particular embodiment of the invention, the rinsing liquid can be separated from the lens fragments by filtration or centrifugation to reduce the volume.
Die Linsenfragmente in dem Gefäß werden dann soweit notwendig zur weiteren Analyse weiterbehandelt mit entsprechenden Pufferlösungen. Der Nachweis von β-Amyloid oder τ-PHF kann unter anderem dann durch folgende Verfahren erfolgen:
- • Enzymgekoppelter Immunadsorptionstest (EIA) bzw. Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) oder allgemein enzymatische Assays;
- • Immunochromatographische Tests;
- • Radioimmunoassay (RIA);
- • Western-Blot;
- • Fluoreszenz-basierte Assays;
- • Enzyme-linked immunosorbent assay (EIA) or Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) or general enzymatic assays;
- • immunochromatographic tests;
- • Radioimmunoassay (RIA);
- • Western blot;
- Fluorescence-based assays;
Dabei können die weiter oben genannten Marker, aber auch andere β-Amyloid und τ-PHF-spezifischen Marker eingesetzt werden.In this case, the markers mentioned above, but also other β-amyloid and τ-PHF-specific markers can be used.
Zudem ist der Einsatz von
- • Massenspektroskopischer Analyse (MALDI-TOF, SELDI);
- • Biochip-basierter Assays;
- Mass spectroscopic analysis (MALDI-TOF, SELDI);
- Biochip-based assays;
Je nach Analyse-Verfahren findet die Analyse
- • separat in einem Labor oder beigestellten Analysegerät;
- • mittels Teststreifen, welche in die Lösung im Gefäß eingeführt werden,
- • „online” in oder an der Phako-Maschine
- • separately in a laboratory or provided analyzer;
- • by means of test strips, which are introduced into the solution in the vessel,
- • "online" in or on the phaco machine
Je nach Ausgestaltung und Automatisierungsgrad kann die Kombination mit „Liquidhandlings”- und Mikrofluidik-Vorrichtung vorteilhaft sein.Depending on the design and degree of automation, the combination with "liquid handling" and microfluidic device may be advantageous.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, den im Rahmen einer Vitrektomie entnommenen Gläskörper (corpus vitreum), auf die Existenz von β-Amyloid und τ-PHF zu untersuchen. Es ist zu erwarten, dass sich β-Amyloid-Plaques und τ-PHF auch in dem gelartigen Glaskörper befinden.It is also advantageous to examine the lens body (corpus vitreum) taken during a vitrectomy for the existence of β-amyloid and τ-PHF. It is expected that β-amyloid plaques and τ-PHF will also be in the gelatinous vitreous body.
Bei einer Virektomie wird der Glaskörper durch sukzessives, stückweise Ausschneiden mit einem Virektom, z. B. die Phakomaschine VisalisTM 100 der Firma Carl Zeiss Meditec AG, entnommen. Dazu sind eine
- • Faseroptik zur Beleuchtung;
- • eine Infusionskanüle um den intraokular Druck konstant zu halten;
- • ein Virektom;
- • fiber optics for lighting;
- • an infusion cannula to keep the intraocular pressure constant;
- • a virectome;
Analog wie bei der ICCE der humanen Linse werden hier die abgesaugten Glaskörperfragmente nicht verworfen, sondern in ein spezielles Gefäß zur Aufbewahrung der geleitet, welches sich am Ende des Virektoms befindet. Alle nachfolgenden Schritte sind vergleichbar mit dem weiter oben beschriebenen Verfahren bei ICCE.Analogous to the human lens ICCE, the aspirated vitreous fragments are not discarded here, but are directed into a special vessel for storage at the end of the virectome. All subsequent steps are similar to the ICCE procedure described above.
Zur Verbesserung der Qualität der Diagnose und prognostischen Zwecken kann es vorteilhaft sein mehrere, krankheitsspezifische Targetmoleküle in den Proben nachzuweisen, z. B.
- • β-Amyloid und τ-PHF
- • verschiedene Subformen von β-Amyloid (β-A39, β-A40, β-A41, β-A42).
- Β-amyloid and τ-PHF
- Various subforms of β-amyloid (β-A39, β-A40, β-A41, β-A42).
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figur näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIG.
Die Figur zeigt schematisch ein Auge
Dabei können sowohl bildgebende Verfahren, wie sie beispielsweise in der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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