On the Cell-to-Cell Extracellular Vesicle Transmission within the Brain Case Study: Alzheimer's Disease

Abstract

Ekstracellulære vesikler er små strukturer som frigjøres av celler og spiller en viktig rolle i cellekommunikasjon. Hver celle i kroppen fungerer som en sender og mottaker av ekstracellulære vesikler. Ettersom disse vesiklene bærer viktig biologisk informasjon, har de et stort potensial for medisinske bruksområder som diagnose og terapi.

I denne oppgaven studeres ekstracellulær vesikkelmediert kommunikasjon i hjernen for tidlig oppdagelse av Alzheimers sykdom. Alzheimers er et betydelig helseproblem på grunn av påvirkningen den har på pasienter, familier og samfunnet som helhet. Det er spesielt utfordrende fordi diagnosen ofte blir gjort på et sent stadium, noe som begrenser effektiviteten på tilgjengelige behandlinger. Tidlig diagnose gir pasientene og deres familier mer tid til å forberede seg til fremtiden og ta bedre beslutninger for fremtidige behandlinger og livsplaner.

Et teoretisk punkt-til-punk kommunikasjonsmodell for ekstracellulær overføring mellom celler ble dermed etablert. Nevroner representerer både sender og mottaker av et kommunikasjonssystem, mens den ekstracellulære matrisen i hjernen representerer forplantningskanalen. I tillegg undersøkes effekten av Alzheimers på den definerte koblingen, forutsatt at ytelsen til kommunikasjonskoblingen kan tjene som en biomarkør for utviklingen av sykdommen, og hjelpe til med tidligere diagnose.

Extracellular vesicles are small structures released by cells and play an important role in molecular communication between cells. Each cell in the body acts as a sender and receiver of extracellular vesicles. Because these vesicles carry important biological information, they have great potential for medical applications such as diagnosis and therapy.

In this thesis, extracellular vesicle-mediated communication in the brain is studied in the context of early detection of Alzheimer's disease. Alzheimer's disease is a significant health concern due to its profound impact on individuals, families, and society. It is particularly challenging because the diagnosis often occurs at a late stage, limiting the effectiveness of available treatments. Early diagnosis can help the patients and their families to be better prepared and have more time to make better decisions for future cures and life plans.

A point-to-point communication theoretical model for extracellular transfer between cells is thus established. Specifically, neurons are considered as the transmitter and receiver of a communication system, and the extracellular matrix of the brain is considered as the propagation channel. Moreover, the effects of Alzheimer's disease on the defined link are studied, assuming that the performance of the communication link can serve as a biomarker of the development of the disease and help in its earlier diagnosis.