Unika 3D-bilder avslöjar nervtrådars arkitektur

I ett stort internationellt forskningssamarbete har forskare studerat vad som sker i nerver som skadas vid diabetes. Tekniken som forskarna använt kan med väldigt hög upplösning visa nervtrådarnas struktur i 3D.

Överst syns friska nerver, som är lika tjocka. På nedre bilden är nerverna tunnare och tvistar sig om varandra. Bilderna är framtagna med synkrotronljus.Överst syns friska nerver, som är lika tjocka. På nedre bilden är nerverna tunnare och tvistar sig om varandra. Bilderna är framtagna med synkrotronljus. Foto Martin Bech/Lunds universitet

– Kunskapen kan användas för att kartlägga mekanismer för hur nervtrådar förtvinar och försöker växa ut igen. Det här innebär att vi bättre kan förstå hur diabetes påverkar nerver i armar och ben, säger Lars Dahlin, professor vid Lunds universitet, gästprofessor vid Institutionen för biomedicinska och kliniska vetenskaper, BKV, vid Linköpings universitet, och överläkare vid Skånes universitetssjukhus.

Arbetet med studien, som publicerats i Scientific Reports, har letts från Lunds universitet. I studien har forskarna kunnat visa i 3D i detalj vad som sker då nervtrådar påverkas i perifera nerver. Sådana förändringar kan uppstå vid neuropati, en nervsjukdom som kan drabba patienter med typ 1-diabetes, men också förekommer vid typ 2-diabetes. Förändringarna kan även inträffa i samband med skador på perifera nerver, då nervtrådarna behöver växa ut efter att nerver åtgärdats med kirurgiska ingrepp.

– Vid neuropati, och när sådana skador uppstår, förtvinar nervtrådarna, något man vetat sedan tidigare. Det verkar som att när de sedan växer ut från skadan så tar de nya vägar – de är mer ”förvirrade”. Man skulle kunna säga att de har dålig GPS. Men riktigt hur detta ser ut har ingen visat tidigare, säger Lars Dahlin.

Med tidigare tekniker har det varit möjligt att studera vävnader och nervtrådar tvådimensionellt, men nu ville forskarna undersöka om det gick att studera nervtrådarnas arkitektur med hjälp av modern synkrotronteknik. Om man jämför synkrotronljus med den röntgenutrustning som används på ett sjukhus är synkrotronkällan som används som avbildningsteknik i det här experimentet ungefär hundra miljarder gånger mer intensivt. Det är som ett mikroskop, men med röntgenljus som har mycket kortare våglängd än vanligt ljus. Det i sin tur gör att man ner på cellnivå i detalj kan studera mjuka vävnader utan att göra snitt – så kallad virtuell histologi. De 3D-bilder som blev resultatet visar delar av nervtrådarna som tidigare inte beskrivits.

– Det här är ett helt nytt sätt att studera nerver på än när man använder tvådimensionella bilder, så kallad histologi, där man tittar på vävnaden snitt för snitt. Här får vi fram en bild som gör att vi kan vrida och vända på nervtråden och uppfatta detaljer på ett helt annat sätt, säger Martin Bech, medicinsk strålningsfysiker vid Lunds universitet och en av forskarna som medverkat i studien.

Nerverna som forskarna studerat kommer från nervbiopsier från tre individer: en frisk, en person med typ 1-diabetes och en person med typ 2-diabetes. Alla hade genomgått operation för karpaltunnelsyndrom, ett vanligt tillstånd, särskilt hos personer med diabetes.

Forskarna kunde i detalj kartlägga hur det ser ut när det tillsammans med friska nervtrådar växte ut tunna nervtrådar, så kallade regenerativa kluster. Forskarna fann också att när en nervtråd tillbakabildas på grund av diabetesneuropati växer en ny nervtråd ut igen från den skadade nervtråden på ett speciellt sätt.Simin Mohseni. Foto Thor Balkhed

– Med den här tekniken kan vi se hur det ser ut när nervtrådar reparerat sig efter en skada. I normala fall löper nervtrådar parallellt med varandra, men här ser vi att vid reparation slingrar de sig runt varandra mer, säger Simin Mohseni, biträdande professor vid BKV vid LiU.

Hon har hjälpt till med att tolka bilderna och vilken betydelse observationerna kan ha.

– Vi ser också en detaljerad 3D-bild av en komplex struktur, och det har jag inte sett tidigare, som visar förhållandet mellan en nervtråd som tillbakabildas, skyddande myelin som omger den tillbakabildade nervtråden, och en ny nervtråd som har börjat växa från ett högre segment av den tillbakabildade nervtråden. Studien bidrar till en bättre förståelse för hur händelseförloppet ser ut när en nervtråd skadas och sedan försöker reparera sig, säger Simin Mohseni.

Forskarna arbetar nu med en uppföljande, större, studie i vilken man hoppas att ytterligare kunna kartlägga ett större antal nervtrådar. I studien undersöks hur tjockleken av nervtrådarna varierar, samt i vilken omfattning de regenerativa klustren förekommer.

– Detta kan dels fördjupa vår kunskap om biologiska förändringar vid diabetes, dels på sikt ändra olika behandlingsprinciper, säger Lars Dahlin.

Förutom forskare från Lunds universitet och Skånes universitetssjukhus har forskare vid synkrotronanläggningen European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Grenoble, DTU i Köpenhamn och Linköpings universitet medverkat i studien. Studien har finansierats med stöd av Diabetesfonden, Sydvästra Skånes Diabetesförening i Malmö, Fonder vid Skånes Universitetssjukhus och Lunds Universitet.

Artikeln är baserad på LU:s pressmeddelande

Vetenskaplig artikel: "Three-dimensional architecture of human diabetic peripheral nerves revealed by X-ray phase contrast holographic nanotomography”, (2020), 
Lars B. Dahlin, Kristian R. Ris, Vedrana A. Dahl, Anders B. Dahl, Janus N. Jensen, Peter Cloetens, Alexandra Pacureanu, Simin Mohseni, Niels O. B. Thomsen och Martin Bech
Scientific Reports, 5 maj 2020, doi: 10.1038/s41598-020-64430-5

KontaktVisa/dölj innehåll

Senaste nytt från LiUVisa/dölj innehåll