Учёные восстановили работу нейронов при болезни Альцгеймера: эксперименты показали неожиданные результаты

Американским исследователям удалось восстановить нарушенную работу нервных клеток в мозге мышей с моделью болезни Альцгеймера. После экспериментального вмешательства у животных улучшились память и когнитивные функции, уменьшилось количество амилоидных бляшек, а также увеличилась продолжительность жизни. Открытие может стать основой для разработки новых методов лечения нейродегенеративных заболеваний.

Результаты исследования ученых из Института Гладстона, Института Аллена и Техасского университета здравоохранения в Хьюстоне опубликованы в научном журнале Neuron.

Как мозг теряет способность работать слаженно

Когда человек учится, вспоминает события или сосредотачивается на сложной задаче, миллиарды нервных клеток его мозга должны согласовывать свою активность.

Важную роль в этом процессе играют гамма-колебания — быстрые ритмы электрической активности мозга, частота которых обычно составляет примерно 30–90 колебаний в секунду.

Они помогают координировать работу нейронных сетей и связаны с вниманием, памятью и обработкой информации.

Учёным давно известно, что при болезни Альцгеймера эти ритмы нарушаются. Причём изменения могут возникать ещё до постановки диагноза, на этапе лёгких когнитивных нарушений. Однако оставалось непонятным, как именно отдельные нейроны создают эти колебания и почему их слаженная работа нарушается в ходе заболевания.

Американские исследователи решили сосредоточиться на особой группе нервных клеток — парвальбуминовых интернейронах, или PV-клетках. Эти нейроны помогают контролировать активность других нервных клеток и играют ключевую роль в формировании гамма-ритмов.

Неожиданное открытие: нейроны работают по очереди

Для исследования учёные использовали технологию, которая позволила одновременно наблюдать за активностью отдельных нейронов и регистрировать электрические колебания мозга у мышей, не находившихся под наркозом. И результаты оказались неожиданными.

Ранее считалось, что парвальбуминовые интернейроны создают гамма-ритмы, активируясь преимущественно одновременно. Однако исследователи обнаружили, что нейроны не работали все вместе. Они последовательно сменяли друг друга, образуя сложную систему взаимодействия.

Одни клетки активировались первыми, другие подключались позже, а часть вообще оставалась неактивной. При этом отдельные нейроны постоянно переходили из одного состояния в другое.

Именно такая последовательность позволяла поддерживать стабильные гамма-колебания.

Старший автор исследования, нейробиолог Хорхе Палоп из Институтов Гладстона, сравнил этот процесс не с военным маршем, во время которого все движутся одновременно, а со стаей птиц, где каждый участник реагирует на движения других.

Вместе они создают сложный, но удивительно согласованный ритм.

Что происходит с нейронами при болезни Альцгеймера

Следующим шагом стало исследование мышей, генетически модифицированных таким образом, чтобы в их мозге накапливались амилоидные бляшки — один из характерных патологических признаков болезни Альцгеймера.

У этих животных нормальная последовательность работы нейронов оказалась нарушена. Клетки, которые должны были активироваться первыми, работали медленнее. Зато нейроны, которые обычно включались позже, становились чрезмерно активными. В результате всё больше клеток начинали генерировать сигналы одновременно.

Учёные выяснили, что такая чрезмерная синхронизация не усиливала работу мозга, а наоборот — нарушала гамма-ритмы. Исследователи также обнаружили, что резкое снижение активности PV-клеток предшествовало появлению аномальных электрических всплесков, похожих на эпилептические.

Это может помочь объяснить, почему у части людей с болезнью Альцгеймера наблюдается патологическая электрическая активность мозга даже без явных судорожных приступов.

Как учёным удалось восстановить работу мозга

После выяснения механизма нарушения ученые попытались восстановить нормальную работу нейронов.

Для этого они использовали белок Nav1.1 — компонент натриевых каналов, обеспечивающих возникновение и передачу электрических импульсов в нервных клетках.

Предыдущие исследования показали, что уровень Nav1.1 снижен как в мышиных моделях болезни Альцгеймера, так и в исследованных тканях мозга людей с этим заболеванием. В результате учёные генетически модифицировали мышей, чтобы повысить выработку Nav1.1 в парвальбуминовых интернейронах.

Результаты оказались обнадеживающими: после вмешательства нейроны вновь начали активироваться в правильной последовательности, а гамма-колебания мозга стали сильнее и стабильнее.

Исследователи также зафиксировали снижение патологической электрической активности мозга, уменьшение количества амилоидных бляшек и улучшение результатов тестов на память и когнитивные функции.

Кроме того, подопытные животные жили дольше.

Эти результаты свидетельствуют о том, что восстановление правильной работы определенных нейронов может влиять не только на электрические ритмы мозга, но и на другие проявления нейродегенеративных изменений.

Означает ли это, что учёные нашли способ лечения болезни Альцгеймера

Несмотря на многообещающие результаты, исследователи подчеркивают: до создания нового лечения для людей ещё далеко.

Эксперименты проводились на мышах, у которых были воспроизведены отдельные патологические особенности болезни Альцгеймера. А такие модели не в полной мере отражают сложность заболевания у людей.

Кроме того, учёные пока не знают, почему именно нарушение работы парвальбуминовых интернейронов возникает на ранних стадиях болезни.

Неизвестно также, насколько эффективным и безопасным будет повышение активности Nav1.1 в мозге человека.

В настоящее время исследователи работают над созданием небольших молекул, способных усиливать функцию этого натриевого канала без необходимости генетической модификации клеток. В перспективе такие препараты могли бы помогать восстанавливать нормальную активность нейронных сетей.

В то же время ученые продемонстрировали возможность воздействовать на функциональные нарушения мозга, связанные с болезнью Альцгеймера, а не только на накопление патологических белков. Это открывает дополнительное направление поиска методов лечения одного из самых распространенных нейродегенеративных заболеваний.