Fale gamma leczą Alzheimera

U myszy. Pełen tytuł powinien brzmieć: fale gamma leczą Alzheimera u myszy. Ale chociaż badania na myszach to dość daleki etap od badań na ludziach, to wyniki pracy opublikowanej w tym tygodniu w Nature są tak niesamowite, że postanowiłem wyrwać się z niemego stuporu, w którym trwam od wakacji, i popełnić wpis przybliżający wiernym czytelnikom i czytelniczkom te wyniki.

Zacznijmy od tego, co dzieje się na co dzień w naszych mózgach. Każdy z nas posiada w okolicy 80 miliardów neuronów. I wszystkie te komórki, których liczba porównywalna jest z liczbą gwiazd w naszej galaktyce, nieustannie podlegają elektrycznym oscylacjom. Tę elektryczną aktywność mózgu mierzyć można za pomocą elektroencefalografu (EEG), który rejestruje między innymi zmiany frekwencji fal mózgowych.

Fale mózgowe klasyfikuje się najczęściej właście na podstawie tych frekwencji; różne rodzaje fal mózgowych korelują zaś z różnymi stanami świadomości. Na przykład fale alfa – fale o częstotliwości między 7,5 a 12,5 herca – pojawiają się w stanie czuwania. Fale beta – 12,5 do 30 herców – rejestruje się w stanach normalnej świadomości; fale theta – 4-7 herców – pojawiają się u ludzi w stanach medytacji, u osób śpiących i rozmarzonych, ale nie w stanie głębokiego snu. Fale, które są najważniejsze z punktu widzenia niniejszej historii, to fale gamma, które oscylują z częstostliwością w zakresie od 25 do 100 herców, chociaż najczęściej jest to 40 Hz.

Fale gamma to najszybsze fale mózgowe, a ich występowanie związane jest z tak zwanymi wyższymi procesami poznawczymi. Samo istnienie fal gamma długo pozostawało kontrowersyjne – ich pomiar leżał tuż poza zasięgiem wczesnych analogowych encefalografów. Dzisiaj fale gamma umiemy mierzyć, ale ich rola wciąż jest gorąco dyskutowana. Dla nas dzisiaj ważne jest to, że są one uwikłane w procesy uczenia oraz pamięci – a także to, że fale gamma ulegają poważnym zaburzeniom u chorych na chorobę Alzheimera.

Chociaż dokładne przyczyny choroby Azheimera są wciąż nieznane, mamy pewne pojęcie o patofizjologii tej choroby. Błędnie sfałdowane peptydy beta-amyloidowe sklejają się ze sobą tworząc agregaty nazywane plakami, które oklejają neurony prowadząc do zaburzenia ich homeostazy i do uruchomienia procesu apoptozy. Patologiczny beta-amyloid gromadzi się także wewnątrz niektórych organelli komórek nerwowych u chorych na Alzheimera, hamując działanie kluczowych enzymów. Mózg na to wszystko reaguje stanem zapalnym, na skutek którego neurony zalewane są przez tony naturalnych związków chemicznych, których zadaniem jest walczenie z tym stanem. Wszystkie te zjawiska prowadzą do powolnej śmierci komórek nerwowych – a wraz z ich zanikiem, zanikają też połączenia między nimi. Połączenia, które są fizyczną manifestacją naszych wspomnień i naszej świadomości.

Wracając zatem do publikacji z Nature: grupa badaczy z MIT pod kierownictwem Li-Huei Tsai postanowiła przyjrzeć się z bliska temu, jaka jest relacja między falami gamma a chorobą Alzheimera. Badanie przeprowadzono na myszach laboratoryjnych, stosując szczep 5XFAD, który jest mysim modelem choroby. Jest to oczywiście model mocno przybliżony, bo z oczywistych przyczyn objawy kognitywne u myszy nie pokrywają się z tymi u ludzi. Ale możemy przynajmniej badać myszy mające wariacje genetyczne, które u ludzi są markerami Alzheimera. U takich myszy rozwijają się szybko objawy biochemiczne – beta-amyloidowe plaki.

Badacze potwierdzili, że fale gamma są przytłumione w tym mysim modelu (w porównaniu z normalnymi myszami) jeszcze zanim zaczynają się pojawiać beta-amyloidowe agregaty i przed objawami kognitywnymi. Podobne obserwacje wcześniejsze prace opisywały dla innych mysich modeli, a także u ludzi.

Jaki dokładnie ma to związek z chorobą nie jest jednak jasne, ale było wystarczające, aby naukowcy zadali sobie pytanie, czy to zjawisko ma jakiś związek z pogłębianiem się choroby (ten skok myślowy nie jest dla mnie do końca przejrzysty, ale też nie mam dekad doświadczenia w badaniu tego schorzenia). Aby to zbadać, autorzy pracy zrobili coś naprawdę zjawiskowego: wzbudzili fale gamma w mysim hipokampie optogenetycznie.

Procedura jest dość interesująca: do mózgu myszy wstrzykuje się wirusy zawierające gen, który ma zostać wbudowany do mysiego genomu. Gen wprowadzony do mysiego genomu koduje białko z rodziny rodopsyn – białko to jest kanałem jonowym uruchamianym światłem. Elektryczna aktywność neuronów sprowadza się do otwierania i zamykania różnych kanałów jonowych na powierzchni błony komórkowej, łatwo więc wyobrazić sobie jaką kontrolę nad tym zjawiskiem dać mogą kanały, które regulować można za pomocą światła. Stymulując je zaś impulsami światła o określonej częstotliwości jesteśmy w stanie indukować odpowiadające tej częstotliwości fale mózgowe. Światło do mózgy doprowadza się miejscowo światłowodem, więc jest to metoda dość inwazyjna. Ta-da!

Naukowcy wzbudzili zatem fale gamma w mysich mózgach i tu wydarzyło się coś raczej niespodziewanego – okazało się, że stymulacja hipokampu falami o częstotliowści 40 herców prowadzi do zmniejszenia ilości peptydu beta-amyloidowego o połowę. Detaliczne wyniki sugerują, że fale gamma zaburzają proces rozpadu prekursora beta-amyloidu. Co więcej, wzbudzone fale gamma miały też wpływ na inny rodzaj komórek mózgu – komórki mikroglejowe, które są komórkami wspomagającymi, odpowiedzialnymi za opiekę nad neuronami.  Fale gamma o częstotliwości 40 herców powodowały rozrost komórek mikroglejowych, które gromadziły beta-amyloid we własnych wnętrzach.

Chociaż wyniki te wciąż nie tłumaczą genezy choroby, pokazują one, w jaki sposób będziemy być może w stanie pomóc chorym z wczesnym Alzheimerem. Tu pojawia się jednak pewien problem – w odróżnieniu od myszy, ludziom nie możemy wstrzykiwać wirusów do mózgu tylko po to, żeby lepiej kontrolować jego stymulację.

Już dekadę temu pokazano jednak, że fale gamma można wzbudzić w korze wzrokowej poprzez stymulację wzrokową – to znaczy, po prostu bawiąc się pstryczkiem włączającym i wyłączającym światło w pokoju (pod warunkiem, że robimy to bardzo szybko – bagatela, 40 razy na sekundę). Autorzy zatem postanowili zrobić właśnie to – wystawić myszy na działanie szybko migającego światła. Okazało się, że światło migające z częstotliwością 40 herców rzeczywiście pobudzało fale gamma. Co więcej – tak pobudzone fale gamma prowadziły do redukcji poziomu beta-amyloidu, a także do zmniejszenia ilości amyloidowych plak.

Zatem stymulacja światłem dawała takie same wyniki jak stymulacja w modelu optogenetycznym. Niestety wyniki te ograniczone były do kory wzrokowej – nie jest jasne, jak te same rezultaty uzyskać w innych częściach mózgu. I chociaż wyniki są nie tylko zaskakujące, ale i bardzo obiecujące, to brak nieinwazyjnych metod stymulacji mózgu do produkcji fal gamma nie jest jedynym ograniczeniem tej pracy. Nie możemy (niestety) zapominać, że badanie zostało przeprowadzone na myszach – wnioski wyciągane z przedklinicznych badań na gryzoniach rzadko przekładają się na to samo u ludzi. No i wreszcie być może najważniejsze ograniczenie badania to to, że wyniki mają znaczenie przede wszystkim dla chorych we wczesnych etapach Alzheimera – zanim choroby postępuje na tyle, że uszkodzeniu ulegają połączenia nerwowe, a wraz z nimi nasze wspomnienia i tożsamość.

Niemniej jednak badacze pozostają optymistyczni w kwestii tego, że wyniki tych badań dadzą się jednak zastosować u pacjentów. Li-Huei Tsai w wywiadzie udzielonym RadioLab wygadała się, że próby kliniczne są już na horyzoncie. Pozostaje nam zatem czekać w napięciu.

Reklamy

2 Comments

  1. Bardzo się cieszę, że wyrwałeś się ze „stuporu” choćby na ten jeden post, tęskniłam za blogiem :) Fantastyczna wiadomość z tymi falami gamma – chociaż przed nami pewnie długa droga, zanim uda się wypracować metodę do zastosowania u ludzi, ale mam nadzieję, że doczekam czasów, kiedy to nastąpi.

    Polubienie

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s