Как и в большом оркестре, для правильного функционирования ваш мозг полагается на идеальную координацию многих элементов. И если один из этих элементов не синхронизирован, это влияет на весь ансамбль. Например, при болезни Альцгеймера повреждение определенных нейронов может изменить ритмы мозговых волн и вызвать потерю когнитивных функций.
Один тип нейронов, называемый тормозным интернейроном, особенно важен для управления ритмами мозга. Это также центр исследований лаборатории, возглавляемой Хорхе Палопом, доктором философии, помощником исследователя в Институте Гладстона. В исследовании, опубликованном в Neuron, Палоп и его сотрудники раскрыли терапевтические преимущества генетического улучшения этих интернейронов и трансплантации их в мозг мыши, моделирующей болезнь Альцгеймера.
Интернейроны управляют сложными сетями между нейронами, позволяя им посылать сигналы друг другу согласованным образом. Вы можете думать о тормозных интернейронах как о дирижерах оркестра. Они создают ритмы в мозгу, чтобы указать игрокам – возбуждающие нейроны – когда играть, а когда остановиться. Дисбаланс между этими двумя типами нейронов создает дисгармонию и наблюдается при множественных неврологических и психических расстройствах, включая болезнь Альцгеймера, эпилепсию, шизофрению и аутизм.
Мозг без проводника
Предыдущие исследования Палопа показали, что в мышиных моделях болезни Альцгеймера тормозные интернейроны не работают должным образом. Таким образом, ритмы, которые организуют возбуждающие клетки, нарушаются и не могут функционировать гармонично, вызывая дисбаланс в сетях мозга. Это, в свою очередь, влияет на формирование памяти и может привести к эпилептической активности, которая часто наблюдается у пациентов с болезнью Альцгеймера.
Его команда нашла способ реинжиниринга тормозных интернейронов, чтобы улучшить их функцию. Они показали, что эти усиленные интернейроны при трансплантации в аномальный мозг мышей с болезнью Альцгеймера могут должным образом контролировать активность возбуждающих клеток и восстанавливать ритмы мозга.
"Мы воспользовались тем фактом, что трансплантированные интернейроны могут замечательно хорошо интегрироваться в новые ткани мозга, и что каждый интернейрон может контролировать тысячи возбуждающих нейронов," сказал Палоп, который также является доцентом неврологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско. "Эти свойства делают интернейроны многообещающей терапевтической мишенью для когнитивных расстройств, связанных с нарушениями ритма мозга и эпилептической активностью."
Сначала ученым пришлось преодолеть серьезную проблему. Когда они пересаживали обычные интернейроны, они не видели положительных эффектов, предположительно потому, что болезнь Альцгеймера создает токсичную среду в мозгу.
Затем исследователи генетически повысили активность тормозных интернейронов, добавив белок под названием Nav1.1. Они обнаружили, что интернейроны с улучшенной функцией смогли преодолеть токсическую среду болезни и восстановить функцию мозга.
"Эти оптимизированные нейроны похожи на главных проводников," сказал Палоп. "Даже с падающим оркестром они могут восстановить ритмы и гармонию, необходимые для когнитивных функций."
Проводники, разработанные для лечения болезни Альцгеймера
Результаты могут в конечном итоге привести к разработке новых вариантов лечения пациентов с болезнью Альцгеймера.
"Помимо приложений, которые этот подход клеточной инженерии и трансплантации может найти в регенеративной медицине, наши результаты подтверждают более широкую концепцию, согласно которой усиление функции интернейронов может противодействовать ключевым аспектам болезни Альцгеймера," сказал Леннарт Маке, доктор медицины, директор Института неврологических заболеваний Гладстона.
В дополнение к изучению того, может ли клеточная терапия быть перенесена с мышей на людей, Палоп и его команда работают над выявлением потенциальных лекарств в качестве альтернативного способа усиления функции тормозящих интернейронов.
"Углубление нашего понимания болезни Альцгеймера и определение потенциальных новых стратегий лечения имеют решающее значение для преодоления нарастающего глобального кризиса в области здравоохранения," сказала Элизабет Эджерли, доктор философии, исполнительный директор Ассоциации Альцгеймера в Северной Калифорнии и Северной Неваде. "Мы были рады поддержать доктора. Исследования и видение Палопа с грантом на исследовательский грант, инициированный исследователем." Ассоциация Альцгеймера, которая финансировала часть исследования, является крупнейшей в мире некоммерческой организацией, финансирующей исследования болезни Альцгеймера.
Бумага "Nav1.1. Трансплантаты с избыточной экспрессией интернейронов восстанавливают мозговые ритмы и познание на мышиной модели болезни Альцгеймера" был опубликован на сайте Neuron 15 марта 2018 г.