De ziekte van Alzheimer (AD) is de meest voorkomende neurodegeneratieve ziekte en is een serieus probleem geworden voor de samenleving. De prevalentie van AD neemt dramatisch toe metde leeftijd van 1,2,3,4. De primaire pathologische kenmerken van de ziekte van Alzheimer (AD) zijn onder meer de afzetting van β-amyloïde (Aβ) plaques en neurofibrillaire knopen (NFT's) als gevolg van afwijkende fosforylering van tau-eiwitten. Aβ wordt gegenereerd door de sequentiële splitsing van amyloïde voorlopereiwit (APP) door β-secretase- en γ-secretase-enzymen. Ontregeling van de productie of klaring van Aβ leidt tot accumulatie in de hersenen, waarbij amyloïde plaques worden gevormd, die worden erkend als een van de vroegste pathologische markers van AD. Deze plaques veroorzaken niet alleen directe neuronale schade, maar veroorzaken ook een cascade van schadelijke effecten, waaronder neuro-inflammatie, oxidatieve stress en synaptische disfunctie. Samen dragen deze processen bij aan neuronale dood en de progressieve cognitieve achteruitgang die werd waargenomen in AD5. Ondanks tientallen jaren van onderzoek dat voornamelijk gericht is op de pathologische kenmerken van de ziekte van Alzheimer (AD), waaronder afzetting van amyloïde-β plaques en aggregatie van hypergefosforyleerd tau-eiwit, blijven klinisch betekenisvolle therapeutische doorbraken ongrijpbaar, waarbij bestaande interventies een beperkte werkzaamheid aantonen bij het wijzigen van de ziekteprogressie6.
IJzer is een belangrijk metaal voor het behoud van de hersenfunctie en is betrokken bij zuurstoftransport, DNA-synthese, mitochondriale ademhaling, myelinesynthese, synthese van neurotransmitters en metabolisme. IJzer wordt echter schadelijk wanneer de concentraties de capaciteit van cellulaire sekwestratie overschrijden 6,7,8. Verhoogde ijzerafzetting, meestal gelokaliseerd met Aβ-plaques, is waargenomen in zowel corticale als hippocampale gebieden van de hersenen bij patiënten met AD 9,10. Door de Fenton-reactie11 kan intracellulair vrij ijzer hydroxylradicalen (•OH) en reactieve zuurstofsoorten genereren. Deze schadelijke stoffen veroorzaken niet alleen neuro-inflammatie door gliacellen te activeren, maar vallen ook de biomoleculen van de cel aan door oxidatieve stress, waardoor de normale cellulaire functie wordt verstoord en synaptische disfunctie wordt veroorzaakt 8,12. Bovendien is een verhoogd ijzergehalte direct betrokken bij de ontwikkeling van pathologische tekenen van AD: ijzer draagt bij aan de productie van Aβ12 en verhoogt ook de disfunctie van tau-eiwitten, wat leidt tot neurofibrillaire knopen13.
Er zijn verschillende technieken ontwikkeld om het ijzergehalte in de hersenen te beoordelen, waaronder magnetische resonantiebeeldvorming (MRI), evenals chemische en histochemische methoden14. In vivo kwantificering van intracerebrale ijzerspiegels met behulp van MRI is klinisch belangrijk voor patiënten met veroudering en neurodegeneratie15. MRI heeft het voordeel dat het niet-invasief en zeer gevoelig is: het kan ijzerafzetting in een vroeg stadium van de ziekte detecteren. Met name de veldafhankelijke R2-verhogingstechniek (FDRI) kan onderscheid maken tussen verschillende vormen van ijzer, zoals ferritine-ijzer en heem-ijzer16. MRI kan echter geen ijzerophoping op cellulair niveau detecteren en het is duur, dus het wordt voornamelijk gebruikt in klinische onderzoeken17.
Colorimetrische meting is een chemische methode die de concentratie van een stof (zoals ijzer) bepaalt door de intensiteit te meten van de kleur die wordt geproduceerd door de reactie van de stof in oplossing met een chromogeen middel18. Deze methode is eenvoudig uit te voeren en maakt gebruik van goedkope reagentia en instrumentatie, waardoor het geschikt is voor laboratoria met beperkte budgetten18. De nauwkeurigheid en gevoeligheid van deze methode zijn echter zeer beperkt, omdat de resultaten worden beïnvloed door omgevingsfactoren, kleurontwikkelingstijd en het subjectieve oordeel van de operator. Vlamatomaire absorptiespectrometrie (FAAS) is een andere methode die kan worden gebruikt om het ijzergehalte te beoordelen19. Bij deze methode wordt een geklaarde monsteroplossing verkregen door het weefsel van belang in een oven op hoge temperatuur te verbranden. Het monster wordt vervolgens opgelost met behulp van zoutzuur en de ijzerconcentratie in de oplossing wordt bepaald met behulp van atoomabsorptiespectrometrie. Deze methode is zeer gevoelig en geschikt voor alle soorten biologische monsters19. Het proces is echter tijdrovend en vereist dure apparatuur, dus het gebruik ervan is beperkt.
Perls'/DAB-kleuring om non-heemijzer te detecteren is de meest gebruikte ijzerdetectiemethode vanwege de hoge specificiteit en het gemak van implementatie in vergelijking met andere histochemische methoden14. In tegenstelling tot colorimetrische analyse is de kleuring van Perls een kwalitatieve histochemische kleuringsmethode die berust op de reactie tussen ijzerionen en kaliumferrocyanide om een blauw neerslag te genereren. Het wordt gebruikt om de aanwezigheid en verdeling van ijzer in weefsels microscopisch te visualiseren. Bovendien stelt deze methode ons in staat om ijzerafzetting in verschillende celtypen te onderscheiden en de subcellulaire verdeling van ijzerafzetting te observeren, wat een methode oplevert voor de studie van AD20. De Perls-kleuring detecteert voornamelijk non-heemijzer en is afhankelijk van de vorming van het Pruisische blauwe complex:

(Pruisisch blauw)
De traditionele Perls-kleuring is echter niet effectief voor het detecteren van ijzerlokalisatie bij een laag ijzergehalte. Wanneer diaminobenzidine (DAB) wordt toegevoegd, reageert het met ijzerhexacyanoferaat om een bruine verbinding te vormen, waardoor de specificiteit van de test toeneemt21.
Het doel van dit protocol is om te beschrijven hoe de hoeveelheid en verdeling van ijzerafzetting in de hersenen van een AD-muismodel kan worden beoordeeld. In dit protocol werden 8 maanden oude 5×FAD (C57BL/6J) transgene muizen gebruikt als AD-muismodel en vergeleken met wildtype muizen van dezelfde leeftijd. Details van de procedures voor het bereiden van het chemische reagens, het doorsnijden van de hersenen, het uitvoeren van de Perls'/DAB-kleuring en het analyseren van afbeeldingen die na de kleuring zijn gemaakt, worden hier gepresenteerd.