Вчені відновили роботу нейронів при хворобі Альцгеймера: експерименти показали несподівані результати

Американським дослідникам вдалося відновити порушену роботу нервових клітин у мозку мишей із моделлю хвороби Альцгеймера. Після експериментального втручання у тварин покращилися пам'ять і когнітивні функції, зменшилася кількість амілоїдних бляшок, а також збільшилася тривалість життя. Відкриття може стати основою для розроблення нових методів лікування 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 людина навчається, згадує події або зосереджується на складному завданні, мільярди нервових клітин її мозку повинні узгоджувати свою активність.

Важливу роль у цьому процесі відіграють гамма-коливання — швидкі ритми електричної активності мозку, частота яких зазвичай становить приблизно 30–90 коливань на секунду.

Вони допомагають координувати роботу нейронних мереж і пов'язані з увагою, пам'яттю та обробкою інформації.

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 дослідники вирішили зосередитися на особливій групі нервових клітин — парвальбумінових інтернейронах, або PV-клітинах. Ці нейрони допомагають контролювати активність інших нервових клітин і відіграють ключову роль у формуванні гамма-ритмів.

Несподіване відкриття: нейрони працюють по черзі

Для дослідження вчені використали технологію, яка дозволила одночасно спостерігати за активністю окремих нейронів і реєструвати електричні коливання мозку в мишей, які не перебували під наркозом. І результати 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.

Саме така послідовність дозволяла підтримувати стабільні гамма-коливання.

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.

Разом вони створюють складний, але напрочуд узгоджений ритм.

Що відбувається з нейронами при хворобі Альцгеймера

Наступним кроком стало дослідження мишей, генетично модифікованих таким чином, щоб у їхньому мозку накопичувалися амілоїдні бляшки — одна з характерних патологічних ознак хвороби Альцгеймера.

У цих тварин нормальна послідовність роботи нейронів виявилася порушеною. Клітини, які мали активуватися першими, працювали повільніше. Натомість нейрони, що зазвичай підключалися пізніше, ставали надмірно активними. У результаті дедалі більше клітин починали генерувати сигнали одночасно.

Вчені з'ясували, що така надмірна синхронізація не посилювала роботу мозку, а навпаки — порушувала гамма-ритми. Дослідники також виявили, що різке зниження активності PV-клітин передувало появі аномальних електричних сплесків, схожих на епілептичні.

Це може допомогти пояснити, чому в частини людей із хворобою Альцгеймера спостерігають патологічну електричну активність мозку навіть без очевидних судомних нападів.

Як вченим вдалося відновити роботу мозку

Після з'ясування механізму порушення, науковці спробували відновити нормальну роботу нейронів.

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

Попередні дослідження показали, що рівень Nav1.1 знижений як у мишачих моделях хвороби Альцгеймера, так і в досліджених тканинах мозку людей із цим захворюванням. Відтак вчені генетично модифікували мишей, щоб підвищити вироблення Nav1.1 у парвальбумінових інтернейронах.

Результати виявилися обнадійливими: після втручання нейрони знову почали активуватися у правильній послідовності, а гамма-коливання мозку стали сильнішими та стабільнішими.

Дослідники також зафіксували зменшення патологічної електричної активності мозку, скорочення кількості амілоїдних бляшок і покращення результатів тестів на пам'ять та когнітивні функції.

Крім того, експериментальні тварини жили довше.

Ці результати свідчать, що відновлення правильної роботи певних нейронів може впливати не лише на електричні ритми мозку, а й на інші прояви нейродегенеративних змін.

Чи означає це, що вчені знайшли спосіб лікувати Альцгеймера

Попри багатообіцяючі результати, дослідники наголошують: до створення нового лікування для людей ще далеко.

Експерименти проводили на мишах, у яких відтворили окремі патологічні особливості хвороби Альцгеймера. А такі моделі не повністю відображають складність захворювання в людей.

Крім того, науковці поки не знають, чому саме порушення роботи парвальбумінових інтернейронів виникає на ранніх стадіях хвороби.

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.