Alzheimers: Hur ljusterapi kan skydda hjärnan
Forskare har tidigare visat att en typ av ljusterapi potentiellt kan minska toxiska proteiner som byggs upp i hjärnan vid Alzheimers sjukdom. Nu har samma team identifierat vad som händer på cellnivå för att uppnå detta resultat.
År 2016 fann forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Cambridge att det att skina ett flimrande ljus i mössens ögon skulle kunna minska den toxiska uppbyggnaden av amyloid- och tau-proteiner som förekommer i hjärnan med Alzheimers sjukdom.
Ljusterapi ökar en form av hjärnvåg som kallas gammaoscillation, vilket forskning tyder på är nedsatt hos personer med Alzheimers sjukdom.
Mer nyligen avslöjade MIT-teamet att kombinera ljusterapi med ljudterapi utökade de positiva effekterna ytterligare.
Dessa studier såg också att ljusterapi kan förbättra minnet hos möss som är genetiskt utsatta för att utveckla Alzheimers sjukdom och rumsligt minne hos äldre möss utan tillståndet.
Den senaste undersökningen, som nu finns i tidskriften Nervcell, har visat att boostande av gamma-svängningar kan förbättra sambandet mellan nervceller, minska inflammation och bevara mot celldöd i musmodeller av Alzheimers.
Det visar också att behandlingens långtgående effekter inte bara involverar nervceller eller nervceller utan också en typ av immunceller som kallas mikroglia.
"Det verkar", säger seniorstudieförfattaren Li-Huei Tsai, professor i neurovetenskap och chef för Picower Institute for Learning and Memory vid MIT, "att neurodegeneration till stor del förhindras."
Alzheimers och toxiska proteiner
Alzheimers är ett tillstånd som gradvis förstör hjärnvävnad och tillhörande funktion genom den irreversibla förlusten av celler.
En rapport från Alzheimers sjukdom International 2018 avslöjar att 50 miljoner människor världen över har demens, och att för två tredjedelar av dem är Alzheimers sjukdom orsaken.
Även om vissa behandlingar kan sänka Alzheimers symtom ett tag, kan ingen ännu bota tillståndet.
Hos personer med Alzheimers sjukdom börjar hjärnan förändras långt innan de upplever symtom på demens. Sådana symtom inkluderar svårigheter att tänka och komma ihåg.
Två förändringar i synnerhet är utvecklingen av toxiska avlagringar eller plack av beta-amyloidprotein mellan nervceller och bildandet av toxiska trasselar av tau-protein inuti cellerna.
Prof. Tsai och hennes kollegor förklarar att personer med Alzheimers sjukdom också visar en annan förändring i hjärnan: "minskad kraft av svängningar i gammafrekvensbandet."
Forskare har föreslagit att gamma-svängningar är en typ av hjärnvåg som är viktig för funktioner som minne och uppmärksamhet.
I sitt tidigare arbete hade forskarna visat att exponering för ljusflimmer med en hastighet av 40 cykler per sekund, eller hertz, stimulerade gamma-svängningar i hjärnans visuella hjärnbark hos möss.
Lägga till ljudtoner som slår med samma frekvens förbättrade den plackreducerande effekten av ljusterapi och sträckte den bortom den visuella cortexen in i hippocampus och en del av prefrontal cortex.
Gamma-svängningar från båda behandlingarna ledde också till förbättringar i minnesfunktionen i musmodeller av Alzheimers sjukdom.
Anmärkningsvärd nivå av neuroskydd
Med den nya studien ville forskarna ta reda på mer om de bakomliggande mekanismerna som ledde till dessa fördelar.
För att göra detta använde de två musmodeller av Alzheimers: Tau P301S och CK-p25. Prof. Tsai säger att båda typerna av möss upplever mycket större förlust av nervceller än den modell som de använde i de tidigare ljusterapistudierna.
Tau P301S-möss producerar ett mutant tau-protein som bildar trassel i celler som de som förekommer i hjärnceller hos människor med Alzheimers sjukdom. CK-p25-möss producerar ett protein som kallas p25 som orsakar "allvarlig neurodegeneration."
Teamet såg att daglig ljusterapi som började före den förväntade starten av neurodegeneration gav anmärkningsvärda effekter på båda typerna av möss.
Tau P301S-möss som fick 3 veckors behandling visade inga tecken på neurondegeneration jämfört med 15–20% av neuronförlusten hos de obehandlade mössen.
Resultatet var detsamma i CK-p25-mössen, som genomgick 6 veckors behandling.
Prof. Tsai hävdar att hon har "arbetat med p25-protein i över 20 år", och proteinet är mycket giftigt för hjärnan. Men hon har aldrig sett något liknande detta resultat förut. "Det är väldigt chockerande", tillägger hon.
"Vi fann att p25-transgenuttrycksnivåerna är exakt samma i behandlade och obehandlade möss, men det finns ingen neurodegeneration hos de behandlade mössen", förklarar hon.
När forskarna testade mössens rumsliga minne, fann de också överraskande resultat: Ljusterapi förbättrade prestanda hos äldre möss som inte var genetiskt programmerade för att utveckla Alzheimers sjukdom, men det hade ingen effekt på yngre, liknande möss.
Markerade skillnader i genaktivitet
Forskarna undersökte också genförändringar hos de behandlade och obehandlade mössen. De fann att nervcellerna hos obehandlade möss hade minskat aktivitet i gener som reparerar DNA och hos dem som hjälper till att driva förbindelserna mellan nervceller. De behandlade mössen å andra sidan uppvisade större aktivitet i dessa gener.
De såg också att de behandlade mössen hade fler kopplingar mellan nervcellerna och att dessa fungerade mer sammanhängande.
Forskarna undersökte också genaktivitet i mikroglia eller immunceller som hjälper till att rensa bort cellavfall och annat skräp i hjärnan.
Dessa undersökningar avslöjade att gener som främjar inflammation var mer aktiva hos möss som inte fick ljusterapi. Behandlade möss visade emellertid en markant brist på aktivitet i dessa gener. De visade också ökad aktivitet i gener som påverkar mikroglias förmåga att röra sig.
Studieförfattarna förklarar att dessa resultat tyder på att ljusterapi stärkte mikroglia förmåga att hantera inflammation. Kanske gjorde det dem bättre i stånd att rensa bort avfall, inklusive felaktiga proteiner som kan ackumuleras för att bilda giftiga plack och trassel.
Prof. Tsai påminner oss om att en viktig fråga fortfarande inte har något svar: Hur inducerar gamma-svängning dessa olika former av skydd?
Kanske svängningarna utlöser något i nervcellerna. Prof. Tsai säger att hon gillar att tro att nervceller är "mästare".
"Många har frågat mig om mikroglia är den viktigaste celltypen i denna positiva effekt, men för att vara ärlig vet vi verkligen inte."
Prof. Li-Huei Tsai
