Alzheimer: hoe lichttherapie de hersenen kan beschermen
Onderzoekers hebben eerder aangetoond dat een soort lichttherapie mogelijk giftige eiwitten kan verminderen die zich in de hersenen ophopen bij de ziekte van Alzheimer. Nu heeft hetzelfde team vastgesteld wat er op celniveau gebeurt om dit resultaat te bereiken.
In 2016 ontdekten wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge dat het schijnen van een flikkerend licht in de ogen van muizen de giftige opbouw van amyloïde en tau-eiwitten die in de hersenen voorkomen bij de ziekte van Alzheimer, kan verminderen.
Lichttherapie stimuleert een vorm van hersengolf, gamma-oscillatie genaamd, waarvan onderzoek suggereert dat deze verstoord is bij mensen met de ziekte van Alzheimer.
Meer recentelijk heeft het MIT-team onthuld dat het combineren van lichttherapie met geluidstherapie de gunstige effecten nog verder vergroot.
Die studies zagen ook dat lichttherapie het geheugen kan verbeteren bij muizen die genetisch vatbaar zijn voor het ontwikkelen van de ziekte van Alzheimer en het ruimtelijk geheugen bij oudere muizen zonder de aandoening.
Het meest recente onderzoek, dat nu in het tijdschrift staat Neuron, heeft aangetoond dat het stimuleren van gamma-oscillaties de verbinding tussen zenuwcellen kan verbeteren, ontstekingen kan verminderen en bescherming kan bieden tegen celdood in muismodellen van Alzheimer.
Het laat ook zien dat de verstrekkende effecten van de behandeling niet alleen zenuwcellen of neuronen betreffen, maar ook een soort immuuncel die microglia wordt genoemd.
"Het lijkt erop", zegt senior studie auteur Li-Huei Tsai, een professor in neurowetenschappen en directeur van het Picower Institute for Learning and Memory aan het MIT, "dat neurodegeneratie grotendeels wordt voorkomen."
Alzheimer en giftige eiwitten
De ziekte van Alzheimer is een aandoening waarbij hersenweefsel en de bijbehorende functie geleidelijk worden vernietigd door het onomkeerbare verlies van cellen.
Een rapport uit 2018 van Alzheimer’s Disease International onthult dat 50 miljoen mensen wereldwijd dementie hebben, en dat voor tweederde van hen de ziekte van Alzheimer de oorzaak is.
Hoewel sommige behandelingen de symptomen van Alzheimer een tijdje kunnen vertragen, kan nog geen enkele de aandoening genezen.
Bij mensen met de ziekte van Alzheimer beginnen de hersenen te veranderen lang voordat ze symptomen van dementie ervaren. Dergelijke symptomen zijn onder meer problemen met denken en onthouden.
Twee veranderingen in het bijzonder zijn de ontwikkeling van giftige afzettingen, of plaques, van beta-amyloïde proteïne tussen zenuwcellen, en de vorming van giftige klitten van tau proteïne in de cellen.
Prof. Tsai en haar collega's leggen uit dat mensen met de ziekte van Alzheimer ook een andere verandering in de hersenen vertonen: "verminderd vermogen van oscillaties in de gammafrequentieband."
Wetenschappers hebben voorgesteld dat gamma-oscillaties een soort hersengolf zijn die belangrijk is voor functies zoals geheugen en aandacht.
In hun eerdere werk hadden de onderzoekers aangetoond dat blootstelling aan licht dat flikkert met een snelheid van 40 cycli per seconde, of hertz, gamma-oscillaties stimuleerde in de visuele cortex van de hersenen bij muizen.
Het toevoegen van geluidstonen die met dezelfde frequentie kloppen, versterkte het plaque-verminderende effect van de lichttherapie en breidde het uit tot voorbij de visuele cortex naar de hippocampus en een deel van de prefrontale cortex.
Gamma-oscillaties van beide behandelingen leidden ook tot verbeteringen in de geheugenfunctie in muismodellen van de ziekte van Alzheimer.
Opmerkelijk niveau van neuroprotectie
Met de nieuwe studie wilden de onderzoekers meer te weten komen over de onderliggende mechanismen die tot deze voordelen leidden.
Om dit te doen, gebruikten ze twee muismodellen van Alzheimer: Tau P301S en CK-p25. Prof. Tsai zegt dat beide soorten muizen een veel groter verlies van zenuwcellen ervaren dan het model dat ze gebruikten in de eerdere lichttherapie-onderzoeken.
Tau P301S-muizen produceren een mutant tau-eiwit dat klitten vormt in cellen, zoals die voorkomen in hersencellen van mensen met de ziekte van Alzheimer. CK-p25-muizen produceren een eiwit genaamd p25 dat "ernstige neurodegeneratie" veroorzaakt.
Het team zag dat dagelijkse lichttherapie die begon vóór de verwachte start van neurodegeneratie opmerkelijke effecten had op beide soorten muizen.
Tau P301S-muizen die 3 weken behandeling kregen, vertoonden geen tekenen van neurondegeneratie, vergeleken met 15-20% neuronverlies bij de onbehandelde muizen.
Het resultaat was hetzelfde bij de CK-p25-muizen, die 6 weken behandeling ondergingen.
Prof. Tsai beweert dat ze "al meer dan 20 jaar met p25-eiwit werkt" en dat het eiwit erg giftig is voor de hersenen. Ze heeft echter nog nooit zoiets als dit resultaat gezien. "Het is erg schokkend", voegt ze eraan toe.
"We ontdekten dat de p25-transgenexpressieniveaus precies hetzelfde zijn in behandelde en onbehandelde muizen, maar er is geen neurodegeneratie bij de behandelde muizen", legt ze uit.
Toen de onderzoekers het ruimtelijke geheugen van de muizen testten, vonden ze ook verrassende resultaten: lichttherapie verbeterde de prestaties bij oudere muizen die niet genetisch waren geprogrammeerd om de ziekte van Alzheimer te ontwikkelen, maar het had geen effect op jongere, vergelijkbare muizen.
Duidelijke verschillen in genactiviteit
De onderzoekers keken ook naar genveranderingen in de behandelde en onbehandelde muizen. Ze ontdekten dat de zenuwcellen van onbehandelde muizen een verminderde activiteit hadden in genen die DNA repareren en in genen die helpen bij het onderhouden van de verbindingen tussen zenuwcellen. De behandelde muizen vertoonden daarentegen een grotere activiteit in deze genen.
Ze zagen ook dat de behandelde muizen meer verbindingen hadden tussen zenuwcellen en dat deze coherenter werkten.
De wetenschappers onderzochten ook genactiviteit in de microglia, of immuuncellen die helpen bij het opruimen van celafval en ander puin in de hersenen.
Uit die onderzoeken bleek dat genen die ontstekingen bevorderen, actiever waren bij muizen die de lichttherapie niet kregen. Behandelde muizen vertoonden echter een duidelijk gebrek aan activiteit in deze genen. Ze vertoonden ook verhoogde activiteit in genen die het vermogen van microglia om zich te verplaatsen beïnvloeden.
De auteurs van het onderzoek leggen uit dat deze bevindingen suggereren dat lichttherapie het vermogen van microglia om ontstekingen te behandelen versterkte. Misschien zijn ze daardoor beter in staat om afvalstoffen op te ruimen, waaronder defecte eiwitten die zich kunnen ophopen om giftige plaques en klitten te vormen.
Prof. Tsai herinnert ons eraan dat een belangrijke vraag nog steeds geen antwoord heeft: hoe induceert gamma-oscillatie deze verschillende vormen van bescherming?
Misschien veroorzaakten de trillingen iets in zenuwcellen. Prof. Tsai zegt dat ze graag denkt dat zenuwcellen "de hoofdregelaars" zijn.
"Veel mensen hebben me gevraagd of de microglia het belangrijkste celtype is voor dit gunstige effect, maar om eerlijk te zijn weten we het echt niet."
Prof. Li-Huei Tsai
