Alzheimer: jak terapia światłem może chronić mózg
Naukowcy wykazali wcześniej, że rodzaj terapii światłem może potencjalnie zmniejszyć ilość toksycznych białek odkładających się w mózgu w chorobie Alzheimera. Teraz ten sam zespół zidentyfikował, co dzieje się na poziomie komórki, aby osiągnąć ten wynik.
W 2016 roku naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w Cambridge odkryli, że świecenie migoczącego światła w oczy myszy może zmniejszyć toksyczne gromadzenie się białek amyloidu i tau, które występują w mózgu z chorobą Alzheimera.
Terapia światłem wzmacnia rodzaj fali mózgowej zwanej oscylacją gamma, która według badań jest upośledzona u osób z chorobą Alzheimera.
Niedawno zespół MIT ujawnił, że połączenie terapii światłem z terapią dźwiękiem jeszcze bardziej rozszerzyło korzystne efekty.
Badania te wykazały również, że terapia światłem może poprawić pamięć u myszy genetycznie predysponowanych do rozwoju choroby Alzheimera oraz pamięć przestrzenną u starszych myszy bez tej choroby.
Najnowsze dochodzenie, które jest teraz prezentowane w czasopiśmie Neuron, wykazał, że zwiększenie oscylacji gamma może poprawić połączenie między komórkami nerwowymi, zmniejszyć stan zapalny i chronić przed śmiercią komórek w mysich modelach choroby Alzheimera.
Pokazuje również, że dalekosiężne efekty leczenia obejmują nie tylko komórki nerwowe lub neurony, ale także rodzaj komórek odpornościowych zwanych mikroglejem.
„Wydaje się”, mówi starszy autor badania Li-Huei Tsai, profesor neurobiologii i dyrektor Picower Institute for Learning and Memory na MIT, „że neurodegeneracji w dużej mierze zapobiega się”.
Alzheimera i toksyczne białka
Choroba Alzheimera to choroba, która stopniowo niszczy tkankę mózgową i związaną z nią funkcję poprzez nieodwracalną utratę komórek.
Raport Alzheimer’s Disease International z 2018 r. Ujawnia, że 50 milionów ludzi na całym świecie cierpi na demencję, a dwie trzecie z nich jest przyczyną choroby Alzheimera.
Chociaż niektóre terapie mogą na jakiś czas spowolnić objawy choroby Alzheimera, jak dotąd żadna nie jest w stanie wyleczyć tej choroby.
U osób z chorobą Alzheimera mózg zaczyna się zmieniać na długo, zanim wystąpią objawy demencji. Takie objawy obejmują trudności z myśleniem i zapamiętywaniem.
W szczególności dwie zmiany to rozwój toksycznych złogów lub płytek białka beta-amyloidu między komórkami nerwowymi oraz tworzenie się toksycznych splotów białka tau wewnątrz komórek.
Prof. Tsai i jej koledzy wyjaśniają, że osoby z chorobą Alzheimera wykazują również inną zmianę w mózgu: „zmniejszona moc oscylacji w paśmie częstotliwości gamma”.
Naukowcy zasugerowali, że oscylacje gamma są rodzajem fal mózgowych ważnych dla takich funkcji, jak pamięć i uwaga.
W swojej wcześniejszej pracy naukowcy wykazali, że ekspozycja na migotanie światła z częstotliwością 40 cykli na sekundę lub Hz, stymulowała oscylacje gamma w korze wzrokowej mózgu u myszy.
Dodanie tonów dźwiękowych o tej samej częstotliwości wzmocniło efekt terapii światłem redukującej płytki nazębne i rozszerzyło go poza korę wzrokową do hipokampu i części kory przedczołowej.
Oscylacje gamma z obu terapii doprowadziły również do poprawy funkcji pamięci w mysich modelach choroby Alzheimera.
Niezwykły poziom neuroprotekcji
W ramach nowego badania naukowcy chcieli dowiedzieć się więcej o podstawowych mechanizmach, które doprowadziły do tych korzyści.
W tym celu wykorzystali dwa mysie modele choroby Alzheimera: Tau P301S i CK-p25. Prof. Tsai mówi, że oba typy myszy doświadczają znacznie większej utraty komórek nerwowych niż model, którego używali we wcześniejszych badaniach nad terapią światłem.
Myszy Tau P301S wytwarzają zmutowane białko tau, które tworzy sploty wewnątrz komórek, na przykład w komórkach mózgowych ludzi z chorobą Alzheimera. Myszy CK-p25 wytwarzają białko zwane p25, które powoduje „poważną neurodegenerację”.
Zespół zauważył, że codzienna terapia światłem, która rozpoczęła się przed przewidywanym początkiem neurodegeneracji, przyniosła niezwykłe efekty na obu typach myszy.
Myszy Tau P301S, które otrzymały 3 tygodnie leczenia, nie wykazywały oznak zwyrodnienia neuronów, w porównaniu z 15–20% utratą neuronów u myszy nieleczonych.
Wynik był taki sam u myszy CK-p25, które przeszły 6 tygodni leczenia.
Prof. Tsai twierdzi, że „pracuje z białkiem p25 od ponad 20 lat”, a białko to jest bardzo toksyczne dla mózgu. Jednak nigdy wcześniej nie widziała czegoś podobnego do tego wyniku. „To bardzo szokujące” - dodaje.
„Odkryliśmy, że poziomy ekspresji transgenu p25 są dokładnie takie same u myszy leczonych i nieleczonych, ale u myszy leczonych nie ma neurodegeneracji” - wyjaśnia.
Kiedy naukowcy przetestowali pamięć przestrzenną myszy, odkryli również zaskakujące wyniki: terapia światłem poprawiła wydajność starszych myszy, które nie były genetycznie zaprogramowane do rozwoju choroby Alzheimera, ale nie miało wpływu na młodsze, podobne myszy.
Wyraźne różnice w aktywności genów
Naukowcy zbadali również zmiany genów u myszy leczonych i nieleczonych. Odkryli, że komórki nerwowe nieleczonych myszy mają zmniejszoną aktywność genów naprawiających DNA i tych, które pomagają obsługiwać połączenia między komórkami nerwowymi. Z drugiej strony leczone myszy wykazywały większą aktywność w tych genach.
Zauważyli również, że leczone myszy miały więcej połączeń między komórkami nerwowymi i że te działały bardziej spójnie.
Naukowcy zbadali również aktywność genów w mikrogleju, czyli komórkach odpornościowych, które pomagają usuwać odpady komórkowe i inne zanieczyszczenia z mózgu.
Badania te ujawniły, że geny sprzyjające zapaleniu były bardziej aktywne u myszy, które nie otrzymały terapii światłem. Jednak leczone myszy wykazywały wyraźny brak aktywności tych genów. Wykazali również zwiększoną aktywność genów, które wpływają na zdolność poruszania się mikrogleju.
Autorzy badania wyjaśniają, że te odkrycia sugerują, że terapia światłem wzmacnia zdolność mikrogleju do radzenia sobie ze stanami zapalnymi. Być może dzięki temu byli w stanie lepiej usuwać odpady, w tym wadliwe białka, które mogą gromadzić się, tworząc toksyczne płytki i sploty.
Prof. Tsai przypomina nam, że na jedno ważne pytanie wciąż nie ma odpowiedzi: w jaki sposób oscylacja gamma indukuje te różne formy ochrony?
Być może oscylacje wywołały coś w komórkach nerwowych. Prof. Tsai mówi, że lubi myśleć, że komórki nerwowe są „głównymi regulatorami”.
„Wiele osób pytało mnie, czy mikroglej jest najważniejszym typem komórek w tym korzystnym efekcie, ale szczerze mówiąc, tak naprawdę nie wiemy”.
Prof. Li-Huei Tsai
