Ankstyvosios stadijos tyrimai su Alzheimerio liga sergančiais pacientais ir tyrimai su šios ligos pelių modeliais parodė teigiamą poveikį patologijai ir simptomams, atsirandantiems dėl šviesos ir garso, pateikiamo 40 Hz gama juostos dažniu.
Naujas tyrimas atskleidžia, kaip 40 Hz jutimo stimuliacija padeda palaikyti esminį procesą, kurio metu signalą siunčiančios neuronų šakos, vadinamos aksonais, yra apvyniotos riebaline izoliacija, vadinama mielinu. Mielinas, dažnai vadinamas smegenų „baltąja medžiaga“, apsaugo aksonus ir užtikrina geresnį elektrinio signalo perdavimą smegenų grandinėse.
„Ankstesnėse mūsų laboratorijos publikacijose daugiausia dėmesio buvo skirta neuronų apsaugai“, – sakė Li-Huei Tsai, Picowerio mokymosi ir atminties instituto bei MIT Smegenų ir pažinimo mokslų katedros profesorius ir vyresnysis naujojo tyrimo autorius. Gamtos komunikacijos. Tsai taip pat vadovauja MIT iniciatyvai „Aging Brain Initiative“. „Tačiau šis tyrimas rodo, kad šiuo metodu apsaugota ne tik pilkoji, bet ir baltoji medžiaga.
Šiais metais Cognito Therapeutics, atskira įmonė, licencijavusi MIT jutimo stimuliavimo technologiją, paskelbė II fazės bandymų su žmonėmis rezultatus. Alzheimerio ligos žurnalas Tai rodo, kad 40 Hz šviesos ir garso stimuliacija žymiai sulėtino mielino praradimą Alzheimerio liga sergantiems savanoriams.
Šiais metais Tsai laboratorija taip pat paskelbė tyrimą, rodantį, kad gama jutimo stimuliacija padėjo pelėms atlaikyti neurologinį chemoterapinių vaistų poveikį, įskaitant mielino išsaugojimą.
Naujajame tyrime Tsai laboratorijos nariai, vadovaujami buvusios postdoc Danielos Rodrigues Amorim, naudojo įprastą pelių mielino netekimo modelį – dietą su chemine medžiaga kupizonu – siekdami ištirti, kaip jutiminė stimuliacija išsaugo mielinizaciją.
Amorimo ir Tsai komanda nustatė, kad 40 Hz šviesa ir garsas ne tik išsaugo mielinizaciją kupizono paveiktų pelių smegenyse, bet ir apsaugo oligodendrocitus (ląsteles, mielinizuojančias nervinius aksonus), palaiko neuronų elektrinį veikimą ir pagrindinį žymeklį. aksono struktūrinio vientisumo. Kai komanda ištyrė šių privalumų molekulinius pagrindus, jie rado aiškių specifinių mechanizmų požymių, įskaitant neuroninių grandinių jungčių, vadinamų sinapsėmis, išsaugojimą; oligodendrocitų mirties priežasties, vadinamos „ferroptoze“, sumažėjimas; sumažėjęs uždegimas; ir padidėjęs mikroglijų smegenų ląstelių gebėjimas išvalyti mielino pažeidimus, kad būtų galima atkurti naują mieliną.
„Gama stimuliacija skatina sveiką aplinką“, – sakė Amorimas, kuris dabar yra Marie Curie stipendininkas Golvėjaus universitete Airijoje. „Yra keletas būdų, kaip mes matome skirtingus efektus.”
Išvados rodo, kad gama jutimo stimuliacija gali padėti ne tik Alzheimerio liga sergantiems pacientams, bet ir žmonėms, kovojantiems su kitomis ligomis, susijusiomis su mielino praradimu, pavyzdžiui, išsėtine skleroze, rašo tyrimo autoriai.
Mielino palaikymas
Norėdami atlikti tyrimą, Tsai ir Amorimo komanda šėrė grupę pelių patinų racionu su kupizonu, o kitai pelių patinų grupei šešias savaites skyrė įprastą mitybą. Įpusėjus šiam laikotarpiui, kai žinoma, kad kupizonas pradeda daryti didžiausią poveikį mielinizacijai, kai kurioms kiekvienos grupės pelėms likusias tris savaites buvo taikoma gama jutimo stimuliacija. Tokiu būdu jie turėjo keturias grupes: visiškai nepaveiktos pelės, pelės, kurios negavo kupizono, bet gavo gama stimuliaciją, pelės, kurios gavo kupizoną ir nuolatinę (bet ne 40 Hz) šviesą ir garsą kaip kontrolę, ir peles, kurios gavo kupizoną ir gama. stimuliacija.
Praėjus šešioms savaitėms, mokslininkai išmatavo mielinizacijos požymius kiekvienos grupės pelių smegenyse. Pelės, kurios nebuvo šeriamos kupizonu, išlaikė sveiką lygį, kaip ir tikėtasi. Pelėms, kurios buvo šeriamos kupizonu ir negavo 40 Hz gama jutimo stimuliacijos, buvo pastebėtas drastiškas mielino praradimo lygis. Kupizonu šeriamos pelės, kurios buvo stimuliuojamos 40 Hz dažniu, išliko žymiai daugiau mielino, o tai konkuravo su pelių, kurios niekada nebuvo šeriamos cuprizone, sveikata pagal kai kurias, bet ne visas priemones.
Tyrėjai taip pat ištyrė oligodendrocitų skaičių, kad išsiaiškintų, ar jie geriau išgyveno naudojant jutiminę stimuliaciją. Keletas priemonių atskleidė, kad pelėms, maitinamoms kupizonu, smegenų korpuso srityje (pagrindinis nervinių signalų tranzito taškas, nes jis jungia smegenų pusrutulius) sumažėjo oligodendrocitų kiekis. Tačiau pelėse, kurios buvo šeriamos kupizonu ir taip pat buvo gydomos gama stimuliacija, ląstelių skaičius buvo daug artimesnis sveikų lygių.
Elektrofiziologiniai bandymai tarp nervinių aksonų korpuso aksonuose parodė, kad gama jutimo stimuliacija buvo susijusi su geresniu elektriniu veikimu pelėms, kurios buvo maitinamos kuprizonu ir kurioms buvo suteikta gama stimuliacija, palyginti su pelėms, maitinamomis kupizonu, negydomomis 40 Hz stimuliacija. Kai tyrinėtojai pažvelgė į smegenų priekinę cingulinę žievės sritį, jie pamatė, kad MAP2, baltymas, signalizuojantis apie struktūrinį aksonų vientisumą, buvo daug geriau išsaugotas pelėms, kurios gavo kupizoną ir gama stimuliaciją, palyginti su pelėmis, maitinamomis kupizonu, kurios to nedavė. .
Molekuliniai mechanizmai
Pagrindinis tyrimo tikslas buvo nustatyti galimus būdus, kuriais 40 Hz jutimo stimuliacija gali apsaugoti mieliną.
Norėdami ištirti, mokslininkai atliko išsamų baltymų ekspresijos įvertinimą kiekvienoje pelių grupėje ir nustatė, kurie baltymai buvo skirtingai išreikšti, remiantis cuprizono dieta ir gama dažnio stimuliavimu. Analizė atskleidė skirtingus poveikio rinkinius tarp cuprizono pelių, kurioms buvo taikoma kontrolinė stimuliacija, ir cuprizono plius gama pelių.
Vienas iš svarbiausių poveikių rinkinio buvo MAP2 padidėjimas pelėms, kurios buvo gydomos cuprizone. Kito rinkinio akcentas buvo tas, kad cuprizono pelėms, kurioms buvo suteikta kontrolinė stimuliacija, buvo didelis baltymų, susijusių su sinapsėmis, ekspresijos trūkumas. Gama apdorotos cuprizonu maitinamos pelės neparodė jokių reikšmingų nuostolių, o tai atspindi 2019 m. Alzheimerio ligos 40 Hz tyrimo rezultatus, kurie parodė sinapsinį išsaugojimą. Šis rezultatas yra svarbus, rašė mokslininkai, nes nervų grandinės veikla, kuri priklauso nuo sinapsių palaikymo, yra susijusi su mielino išsaugojimu. Jie patvirtino baltymų ekspresijos rezultatus žiūrėdami tiesiai į smegenų audinius.
Kitas baltymų ekspresijos rezultatų rinkinys užsiminė apie kitą svarbų mechanizmą: ferroptozę. Šis reiškinys, kai klaidingas geležies metabolizmas sukelia mirtiną reaktyviųjų deguonies rūšių kaupimąsi ląstelėse, yra žinoma oligodendrocitų problema cuprizono pelės modelyje. Tarp požymių buvo padidėjęs kupizonu maitinamų kontrolinės stimuliacijos pelių baltymo HMGB1, kuris yra su ferroptoze susijusios žalos, sukeliančios uždegiminį atsaką, ekspresija. Tačiau gama stimuliacija sumažino HMGB1 lygį.
Giliau pažvelgusi į ląstelių ir molekulinį atsaką į cuprizono demielinizaciją ir gama stimuliacijos poveikį, komanda įvertino genų ekspresiją, naudodama vienos ląstelės RNR sekos nustatymo technologiją. Jie nustatė, kad astrocitai ir mikroglijos tapo labai uždegiminės kupizono kontrolės pelėms, tačiau gama stimuliacija nuramino šį atsaką. Mažiau ląstelių tapo uždegiminių, o tiesioginiai audinių stebėjimai parodė, kad mikroglijos tapo įgudusios išvalyti mielino šiukšles, o tai yra pagrindinis žingsnis siekiant taisyti.
Komanda taip pat sužinojo daugiau apie tai, kaip oligodendrocitams pelėms, maitinamoms cuprizone, veikiant 40 Hz jutimo stimuliacija, pavyko geriau išgyventi. Apsauginių baltymų, tokių kaip HSP70, ekspresija padidėjo, kaip ir GPX4, pagrindinio procesų, ribojančių ferroptozę, reguliatoriaus, ekspresija.
Be Amorimo ir Tsai, kiti straipsnio autoriai yra Lorenzo Bozzelli, TaeHyun Kim, Liwang Liu, Oliveris Gibsonas, Cheng-Yi Yang, Mitch Murdock, Fabiola Galiana-Meléndez, Brooke Schatz, Alexis Davison, Md Rezaul Islam, Dong Shin Park. , Ravikiran M. Raju, Fatema Abdurrob, Alissa J. Nelson, Jian Min Ren, Vicky Yang ir Matthew P. Stokes.