大约 10 种金属以化合物的形式自然存在于人体中，并被组织储存和使用。特别是铜和铁的氧化物是全身细胞活动所必需的。
然而，当身体处理不当或错误地处理这些铜和铁的氧化物时，可能会发生组织损伤——尤其是在大脑中。研究人员怀疑，大脑中称为淀粉样斑块的病理结构可能与阿尔茨海默病有关，可能是造成这种损伤的地方。
Science Advances 中详述的一项意外发现可能支持这种以损害为中心的假设。
研究人员在两个死于阿尔茨海默病的人的大脑中发现了铜元素和铁元素以及铜和氧化铁的沉积物。
“我们没想到会看到‘铜和铁’的元素形式，”基尔大学生物医学纳米物理学教授、该研究的资深作者尼尔·特林说。“这清楚地表明，对大脑神经化学的了解比我们最初想象的要多。”
在纳米尺度上观察金属
为了定位、识别、绘制和表征元素金属沉积物，研究人员使用一种称为 X 射线光谱显微镜的技术获得了高分辨率图像和化学敏感测量值，这是一种已用于环境研究和分析合成材料的非破坏性方法在纳米尺度。
在这种强大的测量技术中，称为同步加速器的圆形粒子加速器产生多能量或多色 X 射线，从中选择低能 X 射线并聚焦成束。聚焦的 X 射线束，直径只有 20 nm，然后在淀粉样斑块样本上移动以创建一堆图像。
堆栈中的每个图像对应于不同的 X 射线能量。通过组合这些不同的图像，研究人员可以获得淀粉样斑块不同区域的吸收光谱，然后分析光谱以识别金属。
“通过这种技术，我们可以改变 X 射线的能量并观察 X 射线的吸收，从而了解这些材料的特征光谱特征，这将告诉我们我们正在观察哪些元素及其氧化态，”特林 解释道。
研究人员还可以使用圆偏振 X 射线测试样品的磁性。
通过在英国的钻石光源和美国能源部的先进光源上进行的实验，研究人员观察到元素铜和铁的纳米级沉积物，其大小约为针头的万分之一。这大约是溶酶体大小的一半，溶酶体是帮助分解和清除细胞废物的细胞部分。
下一步是什么?
研究人员认为，元素沉积物可能是在淀粉样斑块中发生的化学反应过程中形成的，主要是因为在研究人员测试的斑块中，元素铜和铁出现在它们的氧化物形式旁边。
但是特林警告说，在他们就这些金属在阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病中所起的作用做出任何明确的解释之前，还有很多工作要做。
“例如，我们是否只在阿尔茨海默氏症斑块中看到元素形式的金属，或者我们是否在组织的其他区域也看到了这种情况，还需要几年的时间，”特林说。“但肯定有一种可能性，这可能表明大脑中发生了一些氧化还原 [还原-氧化] 化学反应，它们比我们最初想象的更具侵略性，并且可能与疾病进展有关。”
Catherine Steffel是一位住在威斯康星州麦迪逊的科学作家。凯瑟琳以前是博士生贡献者到 物理世界。
