Blood-Based α-Synuclein Seeding Activity: A Dual Plasma and Erythrocyte RT-QuIC Assay for the Enhanced Diagnosis and Clinical Staging of Multiple System Atrophy

Stel je het menselijk brein voor als een enorme, complexe stad waar miljarden neuronen communiceren om ons te laten bewegen, denken en voelen. In een groep verwoestende ziekten die bekend staan als synucleïnopaties, begint deze stad te falen omdat een specifiek eiwit, genaamd alfa-synucleïne, begint te vouwen in de verkeerde vorm. In plaats van zijn normale taken uit te voeren, klonteren deze verkeerd gevouwen eiwitten samen, waardoor toxische aggregaten ontstaan die van cel naar cel verspreiden en uiteindelijk het hersenweefsel vernietigen. De meest voorkomende van deze ziekten is Parkinson, maar een agressievere en minder begrepen neef is Multipele Systeem Atrofie, of MSA. MSA is bijzonder moeilijk te diagnosticeren omdat de vroege symptomen, zoals stijfheid en evenwichtsproblemen, erg veel lijken op Parkinson. Momenteel vereist het bevestigen van een diagnose vaak een lumbaalpunctie, een procedure waarbij een naald in de onderrug wordt ingebracht om hersenvocht te verzamelen, een proces dat invasief en oncomfortabel is voor patiënten.

Jarenlang hebben wetenschappers gezocht naar een eenvoudigere manier om deze verkeerd gevouwen eiwitten met te detecteren met behulp van een standaard bloedtest. De uitdaging was dat bloed een mengsel bevat van verschillende componenten, en het signaal van de ziekteveroorzakende eiwitten is vaak te zwak om te vinden. Onderzoekers wisten echter al lang dat rode bloedcellen, de cellen die zuurstof door het lichaam transporteren, een enorme opslagplaats zijn voor alfa-synucleïne, waarin meer dan 99 procent van het in het volledige bloed aanwezige eiwit zich bevindt. De vraag bleef of deze rode bloedcellen bij patiënten met MSA of Parkinson de specifieke, gevaarlijke, verkeerd gevouwen versies van het eiwit bevatten die als zaden kunnen dienen om een kettingreactie van schade te starten. Als deze zaden in een laboratorium gevonden en versterkt konden worden, zouden ze als een duidelijk, vroeg waarschuwingssignaal van de ziekte kunnen dienen zonder de noodzaak van invasieve ruggenprikken.

Een team onderzoekers van de Central South University en Nanchang University in China besloot deze vraag te beantwoorden door een nieuwe, tweeledige bloedtest te ontwikkelen. Ze richtten zich op twee verschillende delen van een bloedmonster: het vloeibare plasma en de rode bloedcellen zelf. Om de onzichtbare zaden te detecteren, gebruikten ze een techniek genaamd real-time quaking-induced conversion, of RT-QuIC. Denk aan dit proces als een zeer gevoelige versterker. De onderzoekers namen een minuscule hoeveelheid bloed en mengden dit met een grote voorraad gezonde, normale alfa-synucleïne-eiwitten in een reageerbuis. Als het bloedmonster zelfs maar een paar misgevormde "zaad"-eiwitten van de patiënt bevatte, zouden deze zaden zich aan de gezonde eiwitten hechten en hen dwingen zich ook onjuist te vouwen, wat een snel groeiende kettingreactie creëert. Door het mengsel te schudden en het licht te meten dat het uitzond, konden de wetenschappers zien of deze kettingreactie plaatsvond, waardoor een microscopisch signaal effectief werd omgezet in een zichtbaar signaal.

De studie omvatte het verzamelen van bloed van meer dan honderd patiënten met MSA, vijfentwintig patiënten met Parkinson en meer dan honderd gezonde vrijwilligers. Het team testte eerst het plasma, het vloeibare deel van het bloed. Ze vonden dat deze methode uitstekend was in het uitsluiten van de ziekte bij gezonde mensen, waarbij zij deze correct als negatief identificeerde met een AUC van 0,91. Echter, het miste de ziekte bij ongeveer 40 procent van de MSA-patiënten, wat betekende dat het niet gevoelig genoeg was om elke casus op zichzelf te vangen. Toen de onderzoekers hun aandacht richtten op de rode bloedcellen, waren de resultaten anders. Door de cellen te isoleren en een speciale stap te gebruiken om de eiwitten te concentreren voordat de test werd uitgevoerd, ontdekten ze dat de assay van de rode bloedcellen veel beter in staat was de ziekte te vangen. Het identificeerde de ziekte correct met een AUC van 0,70 voor MSA-patiënten en een vergelijkbaar percentage voor Parkinson-patiënten.

De meest significante ontdekking kwam toen de onderzoekers de resultaten van beide tests combineerden. Door zowel het plasma als de rode bloedcellen samen te bekijken, creëerden ze een dual-assay strategie die veel krachtiger was dan de test alleen. Deze gecombineerde aanpak identificeerde de ziekte correct met een AUC van 0,84 voor MSA-patiënten, terwijl een hoge nauwkeurigheid behouden bleef bij het onderscheiden van hen van gezonde controles. De nauwkeurigheid van deze gecombineerde bloedtest was zo hoog dat het de prestaties van de gouden standaardtests die hersenvocht gebruiken benaderde, maar dan zonder de noodzaak van een ruggenprik. De onderzoekers bevestigden dat wat zij zagen echt was door de klonters eiwit te analyseren die in de reageerbuizen werden geproduceerd. Ze toonden aan dat deze klonters resistent waren tegen vertering door enzymen, de fysieke dichtheid hadden van grote aggregaten en er onder een elektronenmicroscoop uitzagen als lange, verstrengelde vezels, wat allemaal kenmerken zijn van het ziekteveroorzakende eiwit.

Naast het louter diagnosticeren van de ziekte, onthulde de studie een fascinerend verschil tussen de twee soorten bloedmonsters. De onderzoekers ontdekten dat het niveau van de zaadactiviteit in het plasma leek te volgen met hoe ziek de patiënten waren. Patiënten met hogere niveaus van plasma-zaden vertoonden de neiging tot meer ernstige motorische symptomen, slechtere autonome dysfunctie die de bloeddruk en spijsvertering beïnvloedt, en hogere niveaus van angst en depressie. In contrast hiermee leek de zaadactiviteit gevonden in de rode bloedcellen niet te veranderen met de ernst van de symptomen. Dit suggereert dat de rode bloedcellen kunnen fungeren als een langetermijnopslagcontainer voor het ziekte-eiwit, dat het door de tijd heen accumuleert ongeacht de huidige staat van de patiënt, terwijl het plasma de actieve, voortdurende verspreiding van de ziekte in het lichaam kan weerspiegelen.

Dit werk vormt een belangrijke stap voorwaarts in het toegankelijker maken van de diagnose van deze moeilijke neurologische aandoeningen. Door te bewijzen dat rode bloedcellen een levensvatbare bron zijn voor het detecteren van deze ziektezaden en door aan te tonen dat het combineren ervan met plasma-analyse de nauwkeurigheid vergroot, hebben de onderzoekers een praktisch, minimaal invasief instrument geboden voor artsen. Hoewel de studie werd uitgevoerd op een specifieke groep patiënten en verdere validatie in grotere, langdurige studies zal vereisen, suggereren de bevindingen een toekomst waarin een eenvoudige bloedafname een duidelijke diagnose kan bieden en artsen helpt het verloop van de ziekte te begrijpen, wat hoop biedt op eerdere interventie en een betere behandeling voor patiënten met Multiple Systeem Atrofie en Parkinson.