Світлові імпульси певної частоти зменшують рівень патогенних білків, що запускають нейродегенеративні процеси.
Хвороба Альцгеймера, як і інші нейродегенеративні захворювання, виникає тому, що в нейронах мозку накопичуються нерозчинні білкові комплекси, токсичні для клітин. Згодом у нервовій тканині формуються характерні великі відкладення, так звані амілоїдні бляшки, що складаються з бета-амілоїда - одного з патогенних альцгеймеричних білків.
Якби вдалося якось позбутися цих нерозчинних комплексів, або хоча б просто загальмувати їх появу, хворобу вдалося б втихомирити. Не так давно ми писали про експерименти співробітників біотехнологічної компанії Biogen Inc., які знайшли спосіб знищувати небезпечні білкові відкладення за допомогою спеціальних антитіл, які розчиняють амілоїдні скупчення і допомагають імунним клітинам в буквальному сенсі їх з'їсти. Взагалі кажучи, дослідники по всьому світу давно намагаються залучити до боротьби з нейродегенеративними хворобами імунотерапевтичні методи, і, мабуть, тут дійсно можна сподіватися на деякий успіх.
Але можна піти й іншим шляхом - як це зробили Лі-Хуей Цзай (Li-Huei Tsai), Емері Браун (Emery N. Brown) і їхні колеги з Массачусетського технологічного інституту. Відомо, що одна з характерних ознак хвороби Альцгеймера - порушення в гамма-ритмах мозку, необхідних для пам'яті, уваги, сприйняття; якщо мозок не може генерувати гамма-хвилі, значить, у нього погано з вищими когнітивними функціями. У мишей, які генетично схильні до синдрому Альцгеймера, проблеми з гамма-ритмами виникають ще до того, як в мозку з'являються амілоїдні бляшки - коли миша намагається вивчити дорогу в лабіринті, з електричної активності мозку можна помітити, що він у неї працює не зовсім так, як треба.
Дослідники вирішили з'ясувати, що станеться, якщо у мишей, схильних до синдрому Альцгеймера, штучно згенерувати правильні гамма-хвилі. Для цього використовували оптогенетичні методи, які дозволяють включати і вимикати групи генетично модифікованих нейронів за допомогою світлових імпульсів, що подаються в мозок по оптоволокну.
Виявилося, що якщо клітини гіпокампа (одного з основних центрів пам'яті в мозку) протягом години стимулювати на частоті 40 Гц, то рівень небезпечного бета-амілоїду в нейронах гіпокампа зменшується на 40-50%. Причому частота повинна бути саме в 40 Гц: хоча гамма-ритми варіюють від 25 до 80 Гц, стимуляція на інших частотах в гамма-діапазоні такого ефекту на давала. Варто також додати, що нейробіологи діяли на певні клітини, звані інтернейронами - вважається, що вони допомагають синхронізувати гамма-активність в інших нервових клітинах.
Іншими словами, якщо змусити нервові клітини генерувати правильні гамма-ритми, то небезпечного альцгеймеричного білка стане менше, і ймовірність захворювання, можливо, теж зменшиться. Але оптогенетика - все-таки не клінічний інструмент, і, якщо говорити про медичні перспективи, то тут потрібен метод, який дозволяв би обійтися без генетичних модифікацій і без введення в мозок оптоволокна або чогось подібного.
І тут з'ясувалося, що з тим же ефектом можна використовувати світлові імпульси. У статті в Nature автори роботи пишуть, що мерехтливі з частотою 40 Гц світлодіоди так само допомагали мозку генерувати гамма-ритми, в результаті чого кількість бета-амілоїда в зоровій корі мишей з ранньою стадією захворювання падала вдвічі - правда, протягом доби рівень небезпечного білка піднімався назад.
Схожий експеримент провели з тваринами, у яких хвороба Альцгеймера просунулася далі, і в мозку вже почали з'являтися характерні бляшки. Таких мишей обробляли світловими імпульсами по годині на день протягом тижня - в результаті у них не тільки зменшувалася кількість вільно плаваючого, поки ще розчинного бета-амілоїда, але і вже готові бляшки теж робилися менше і росли повільніше. Як відомо, при хворобі Альцгеймера в мозку, крім бета-амілоїдних відкладень, з'являються ще й комплекси тау-білка, що набуває патогенну форму. Так от, за допомогою світлових імпульсів вдалося подіяти і на тау-білок - його теж ставало менше.
У нормі мозок сам очищає себе від небезпечних молекул, для цього у нього є особливі клітини, звані мікроглією - їх завдання захищати нервову тканину від можливих інфекцій і своєчасно прибирати різноманітне сміття: залишки загиблих клітин, що вийшли з ладу біомолекули тощо.
Але при синдромі Альцгеймера мікроглія працює погано, її клітини синтезують запальні сигнали і виділяють з себе різні токсичні речовини, які не тільки не перешкоджають хворобі, але навіть допомагають їй. «Світлотерапія» ж нормалізує роботу мікроглії, яка починає активно поїдати бета-амілоїд. Тобто стимуляція гамма-ритмів діє двояко: з одного боку, нейрони виробляють менше небезпечного білка, з іншого, його активно винищують сміттєзбиральні клітини.
Ми знаємо, що активність різних генів у нейронах залежить від активності самих нервових клітин, і можна припустити, що примусова робота в «гамма-режимі» включає якісь молекулярні механізми, які допомагають протистояти нейродегенеративним процесам; однак як саме це відбувається, стане ясно після додаткових досліджень.
Хотілося б сподіватися, що такий до дивного простий спосіб боротьби з синдромом Альцгеймера дійсно виявиться ефективним з клінічної точки зору. Однак для початку потрібно зробити так, щоб ефект від подібної терапії тривав довше - вище ми говорили, що рівень патогенного білка піднімався назад через добу після світлової обробки. (Можливо, що проблему можна вирішити, просто збільшивши тривалість «лікувального курсу» - щоб нейрони і мікроглія звикли тримати бета-амілоїд у вузді.)
З іншого боку, необхідно впевнитися, що світлові імпульси гальмують розвиток хвороби не тільки в зоровій корі, а й в інших ділянках мозку. Втім, автори роботи стверджують, що так воно і є: поки що неопубліковані результати останніх дослідів говорять про те, що очищення від альцгеймеричного білка відбувається і в інших зонах мозку, а не тільки в тих, які безпосередньо сприймають зорову інформацію.
Ну і, нарешті, потрібно переконатися, що у нас при цьому зникають не тільки молекулярні ознаки хвороби, але зовнішні, когнітивно-поведінкові - що пам'ять, увага та інші вищі когнітивні функції, нехай не поліпшуються, але вже точно не стають гіршими.