Науковці відновили функціонування нейронів у випадку хвороби Альцгеймера: дослідження виявили неочікувані результати.

Пам'ять учасників експерименту стала кращою, а кількість амілоїдних бляшок зменшилася.

Американські вчені змогли відновити функції нервових клітин у мозку мишей, які страждають на модель хвороби Альцгеймера. Після проведення експериментального втручання у тварин спостерігалося покращення пам'яті та когнітивних здібностей, а також зниження рівня амілоїдних бляшок і подовження тривалості життя. Це відкриття може стати основою для створення нових підходів у лікуванні нейродегенеративних захворювань.

Результати дослідження науковців Інститутів Гладстона, Інституту Аллена та Техаського університету охорони здоров'я в Г'юстоні опублікували в науковому журналі Neuron.

Як мозок втрачає здатність працювати злагоджено

Коли індивід здобуває нові знання, пригадує минулі події або концентрується на складній задачі, мільярди нейронів у його мозку мають синхронізувати свою діяльність.

Гамма-коливання виконують ключову функцію в цьому процесі — це швидкі ритми електричної активності мозку, які зазвичай коливаються в межах 30-90 разів на секунду.

Вони сприяють організації функціонування нейронних мереж, а також тісно пов'язані з процесами уваги, пам'яті та інформаційної обробки.

Вченим давно відомо, що при хворобі Альцгеймера ці ритми порушуються. Причому зміни можуть виникати ще до встановлення діагнозу, на етапі легких когнітивних порушень. Однак залишалося незрозумілим, як саме окремі нейрони створюють ці коливання та чому їхня злагоджена робота руйнується під час захворювання.

Американські вчені вирішили зосередитися на специфічному типі нервових клітин — парвальбумінових інтернейронах, відомих також як PV-клітини. Ці нейрони відіграють важливу роль у регулюванні активності інших нервових клітин і є критично важливими для формування гамма-ритмів.

Несподіване відкриття: нейрони функціонують послідовно.

У своїх дослідженнях науковці застосували інноваційну технологію, що давала змогу одночасно відстежувати активність окремих нейронів і фіксувати електричні імпульси мозку у мишей, які не були під анестезією. Результати цього експерименту виявилися несподіваними.

Раніше вважалося, що парвальбумінові інтернейрони створюють гамма-ритми, активуючись переважно одночасно. Однак дослідники виявили, що нейрони не працювали всі разом. Вони послідовно змінювали один одного, утворюючи складну систему взаємодії.

Одні клітини активувалися першими, інші підключалися згодом, а частина взагалі залишалася неактивною. При цьому окремі нейрони постійно переходили між різними станами.

Ця специфічна послідовність сприяла утриманню стабільних гамма-коливань.

Старший автор дослідження, нейробіолог Хорхе Палоп з Інститутів Гладстона, порівняв цей процес не з військовим маршем, під час якого всі рухаються одночасно, а зі зграєю птахів, де кожен учасник реагує на рухи інших.

Спільно вони формують багатогранний, але дивовижно гармонійний ритм.

Які зміни відбуваються в нейронах під час хвороби Альцгеймера?

Наступним етапом стало вивчення мишей, яких було генетично модифіковано для накопичення амілоїдних бляшок у мозку — одного з основних патологічних маркерів хвороби Альцгеймера.

У цих тварин спостерігалося порушення нормального функціонування нейронних мереж. Клітини, які зазвичай активуються на початкових етапах, проявляли значно повільнішу реакцію. У той же час, нейрони, що зазвичай активуються пізніше, виявилися надмірно активними. Як наслідок, все більше клітин почали одночасно генерувати сигнали.

Дослідники встановили, що надмірна синхронізація не лише не покращувала функціонування мозку, а, навпаки, негативно впливала на гамма-ритми. Крім того, було виявлено, що різкий спад активності PV-клітин передував виникненню аномальних електричних імпульсів, які нагадували епілептичні.

Це може дати уявлення про причини, чому у деяких пацієнтів із хворобою Альцгеймера виявляється аномальна електрична активність в мозку, незважаючи на відсутність явних судомних епізодів.

Як дослідникам вдалося відновити функції мозку?

Після вивчення механізму порушення, дослідники почали працювати над відновленням нормальної функції нейронів.

Для цього вони використали білок Nav1.1 -- компонент натрієвих каналів, які забезпечують виникнення та передачу електричних імпульсів у нервових клітинах.

Раніші дослідження виявили, що концентрація Nav1.1 зменшена як у мишах, які страждають на хворобу Альцгеймера, так і в тканинах мозку людей, які мають це захворювання. У зв'язку з цим, науковці здійснили генетичну модифікацію мишей з метою збільшення синтезу Nav1.1 у парвальбумінових інтернейронах.

Висновки виявилися багатообіцяючими: після проведення процедури нейрони знову почали працювати в коректній послідовності, а гамма-коливання в мозку стали більш інтенсивними та стабільними.

Вчені також зафіксували зниження аномальної електричної активності в мозку, зменшення кількості амілоїдних бляшок, а також покращення показників у тестах на пам'ять та когнітивні здібності.

Окрім того, тварини, які брали участь в експерименті, мали більший строк життя.

Ці дані вказують на те, що відновлення нормальної функції окремих нейронів може впливати не тільки на електричні ритми мозку, а й на інші прояви нейродегенеративних процесів.

Чи свідчить це про те, що дослідники відкрили метод лікування хвороби Альцгеймера?

Незважаючи на обнадійливі результати, науковці підкреслюють, що до розробки нового лікування для людей ще потрібно пройти значний шлях.

Дослідження виконувалися на мишах, у яких були змодельовані певні патологічні характеристики хвороби Альцгеймера. Проте ці моделі не здатні в повній мірі відобразити всю складність цього захворювання у людей.

Окрім цього, дослідники наразі не мають чітких пояснень, чому дисфункція парвальбумінових інтернейронів спостерігається вже на початкових етапах захворювання.

Невідомо також, наскільки ефективним і безпечним буде підвищення активності Nav1.1 у мозку людини.

Наразі дослідники працюють над створенням невеликих молекул, здатних посилювати функцію цього натрієвого каналу без необхідності генетичної модифікації клітин. У перспективі такі препарати могли б допомагати відновлювати нормальну активність нейронних мереж.

Водночас вчені продемонстрували можливість впливати на функціональні порушення мозку, пов'язані з хворобою Альцгеймера, а не лише на накопичення патологічних білків. Це відкриває додатковий напрям пошуку методів лікування одного з найпоширеніших нейродегенеративних захворювань.