Alzheimer: Wie eine Lichttherapie das Gehirn schützen kann
Forscher haben zuvor gezeigt, dass eine Art Lichttherapie möglicherweise toxische Proteine reduzieren kann, die sich bei Alzheimer im Gehirn ansammeln. Jetzt hat dasselbe Team herausgefunden, was auf Zellebene passiert, um dieses Ergebnis zu erzielen.
Im Jahr 2016 stellten Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge fest, dass das Leuchten eines flackernden Lichts in die Augen von Mäusen die toxische Anreicherung von Amyloid- und Tau-Proteinen verringern kann, die im Gehirn mit Alzheimer-Krankheit auftreten.
Die Lichttherapie verstärkt eine Form der Gehirnwelle, die als Gamma-Oszillation bezeichnet wird. Untersuchungen zufolge ist sie bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit beeinträchtigt.
In jüngerer Zeit hat das MIT-Team bekannt gegeben, dass die Kombination von Lichttherapie mit Klangtherapie die positiven Auswirkungen noch weiter ausdehnt.
Diese Studien haben auch gezeigt, dass eine Lichttherapie das Gedächtnis bei Mäusen verbessern kann, die genetisch veranlagt sind, die Alzheimer-Krankheit und das räumliche Gedächtnis bei älteren Mäusen ohne diese Erkrankung zu entwickeln.
Die jüngste Untersuchung, die jetzt in der Zeitschrift erscheint Neuronhat gezeigt, dass die Verstärkung von Gamma-Oszillationen die Verbindung zwischen Nervenzellen verbessern, Entzündungen reduzieren und in Alzheimer-Mausmodellen gegen Zelltod schützen kann.
Es zeigt auch, dass die weitreichenden Wirkungen der Behandlung nicht nur Nervenzellen oder Neuronen betreffen, sondern auch eine Art von Immunzelle, die als Mikroglia bezeichnet wird.
"Es scheint", sagt der leitende Studienautor Li-Huei Tsai, Professor für Neurowissenschaften und Direktor des Picower-Instituts für Lernen und Gedächtnis am MIT, "dass Neurodegeneration weitgehend verhindert wird."
Alzheimer und toxische Proteine
Alzheimer ist eine Erkrankung, die das Gehirngewebe und die damit verbundene Funktion durch den irreversiblen Verlust von Zellen allmählich zerstört.
Ein Bericht von Alzheimer Disease International aus dem Jahr 2018 zeigt, dass weltweit 50 Millionen Menschen an Demenz leiden und dass für zwei Drittel von ihnen die Alzheimer-Krankheit die Ursache ist.
Obwohl einige Behandlungen die Alzheimer-Symptome für eine Weile verlangsamen können, kann noch keine die Krankheit heilen.
Bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit beginnt sich das Gehirn lange Zeit zu verändern, bevor Symptome einer Demenz auftreten. Zu diesen Symptomen gehören Schwierigkeiten beim Denken und Erinnern.
Zwei Veränderungen sind insbesondere die Entwicklung toxischer Ablagerungen oder Plaques von Beta-Amyloid-Protein zwischen Nervenzellen und die Bildung toxischer Verwicklungen von Tau-Protein innerhalb der Zellen.
Prof. Tsai und ihre Kollegen erklären, dass Menschen mit Alzheimer-Krankheit auch eine andere Veränderung im Gehirn zeigen: "Reduzierte Schwingungskraft im Gammafrequenzband".
Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Gammaschwingungen eine Art Gehirnwelle sind, die für Funktionen wie Gedächtnis und Aufmerksamkeit wichtig ist.
In ihrer früheren Arbeit hatten die Forscher gezeigt, dass die Exposition gegenüber Licht, das mit einer Geschwindigkeit von 40 Zyklen pro Sekunde oder Hertz flackert, Gammaschwingungen im visuellen Kortex des Gehirns bei Mäusen stimuliert.
Das Hinzufügen von Tönen, die mit derselben Frequenz schlagen, verstärkte die Plaque-reduzierende Wirkung der Lichttherapie und dehnte sie über den visuellen Kortex hinaus in den Hippocampus und einen Teil des präfrontalen Kortex aus.
Gammaschwingungen beider Behandlungen führten auch zu Verbesserungen der Gedächtnisfunktion in Mausmodellen der Alzheimer-Krankheit.
Bemerkenswertes Maß an Neuroprotektion
Mit der neuen Studie wollten die Forscher mehr über die zugrunde liegenden Mechanismen erfahren, die zu diesen Vorteilen führten.
Dazu verwendeten sie zwei Mausmodelle von Alzheimer: Tau P301S und CK-p25. Prof. Tsai sagt, dass beide Mäusetypen einen viel größeren Verlust an Nervenzellen erfahren als das Modell, das sie in früheren Lichttherapie-Studien verwendet haben.
Tau P301S-Mäuse produzieren ein mutiertes Tau-Protein, das sich in Zellen verwickelt, wie sie beispielsweise in Gehirnzellen von Menschen mit Alzheimer-Krankheit vorkommen. CK-p25-Mäuse produzieren ein Protein namens p25, das eine „schwere Neurodegeneration“ verursacht.
Das Team stellte fest, dass die tägliche Lichttherapie, die vor dem erwarteten Beginn der Neurodegeneration begann, bemerkenswerte Auswirkungen auf beide Mäusetypen hatte.
Tau P301S-Mäuse, die 3 Wochen lang behandelt wurden, zeigten keine Anzeichen einer Neuronendegeneration, verglichen mit 15–20% des Neuronenverlusts bei den unbehandelten Mäusen.
Das Ergebnis war das gleiche bei den CK-p25-Mäusen, die 6 Wochen lang behandelt wurden.
Prof. Tsai behauptet, dass sie „seit über 20 Jahren mit p25-Protein arbeitet“ und das Protein für das Gehirn sehr giftig ist. So etwas hat sie jedoch noch nie gesehen. "Es ist sehr schockierend", fügt sie hinzu.
"Wir fanden heraus, dass die p25-Transgenexpressionsniveaus bei behandelten und unbehandelten Mäusen genau gleich sind, aber bei den behandelten Mäusen gibt es keine Neurodegeneration", erklärt sie.
Als die Forscher das räumliche Gedächtnis der Mäuse testeten, fanden sie auch überraschende Ergebnisse: Die Lichttherapie verbesserte die Leistung bei älteren Mäusen, die nicht genetisch auf die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit programmiert waren, aber keine Auswirkungen auf jüngere, ähnliche Mäuse hatten.
Deutliche Unterschiede in der Genaktivität
Die Forscher untersuchten auch Genveränderungen bei den behandelten und unbehandelten Mäusen. Sie fanden heraus, dass die Nervenzellen unbehandelter Mäuse eine verringerte Aktivität in Genen aufweisen, die DNA reparieren, und in solchen, die dabei helfen, die Verbindungen zwischen Nervenzellen zu bedienen. Die behandelten Mäuse zeigten andererseits eine größere Aktivität in diesen Genen.
Sie sahen auch, dass die behandelten Mäuse mehr Verbindungen zwischen Nervenzellen hatten und dass diese kohärenter arbeiteten.
Die Wissenschaftler untersuchten auch die Genaktivität in den Mikroglia oder Immunzellen, die dazu beitragen, Zellabfälle und andere Ablagerungen im Gehirn zu beseitigen.
Diese Untersuchungen ergaben, dass entzündungsfördernde Gene bei Mäusen, die keine Lichttherapie erhielten, aktiver waren. Behandelte Mäuse zeigten jedoch einen deutlichen Mangel an Aktivität in diesen Genen. Sie zeigten auch eine erhöhte Aktivität in Genen, die die Bewegungsfähigkeit von Mikroglia beeinflussen.
Die Autoren der Studie erklären, dass diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass die Lichttherapie die Fähigkeit der Mikroglia stärkt, mit Entzündungen umzugehen. Vielleicht konnten sie Abfallstoffe, einschließlich fehlerhafter Proteine, die sich unter Bildung giftiger Plaques und Verwicklungen ansammeln können, besser beseitigen.
Prof. Tsai erinnert uns daran, dass eine wichtige Frage noch keine Antwort hat: Wie induziert Gammaschwingung diese verschiedenen Formen des Schutzes?
Vielleicht lösen die Schwingungen etwas in den Nervenzellen aus. Prof. Tsai sagt, dass sie gerne denkt, dass Nervenzellen „die Hauptregulatoren“ sind.
"Viele Leute haben mich gefragt, ob die Mikroglia der wichtigste Zelltyp für diesen positiven Effekt sind, aber um ehrlich zu sein, wissen wir es wirklich nicht."
Prof. Li-Huei Tsai
