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Nature:LED灯,能治老年痴呆?

生物360 2022-05-16 12:19:52

导语

麻省理工学院的研究人员已经表明,使用LED灯以特定的频率闪烁,可以大大减少在小鼠的视觉皮层中看到的β淀粉样蛋白斑。研究结果于12月7日在线发表在自然杂志上。



这种治疗有可能是通过诱导称为γ振荡的脑电波工作,研究人员发现这有助于抑制β淀粉样蛋白的产生和激活负责消灭斑块的细胞。

需要进一步的研究来确定一种类似的方法是否可以帮助阿尔茨海默病患者,这项研究的资深作者,麻省理工学院Picower研究所主任,神经系统科学教授Li-Huei Tsai说。


 “这将是一个大损失,如果这么多东西已经显示在小鼠起效,只有在人类失败,“Tsai说。 “但是如果人类在处理这种治疗方面的行为与小鼠相似,我会说潜力是巨大的,因为它是如此无害,它是如此方便。


Ed Boyden是麻省理工学院媒体实验室和McGovern脑研究所的生物工程,脑和认知科学的副教授,他也是Nature论文的作者,他们开了一家名为Cognito Therapeutics的公司,以求人体实验。 该论文的第一作者是媒体实验室研究分支机构Annabelle Singer的研究生Hannah Iaccarino。


麻省理工学院科学院院长Michael Sipser说:“这一重要的公告可能预示着对阿尔茨海默病的理解和治疗的突破,阿尔茨海默病是一种可怕的苦难,影响了全世界数百万人及其家庭。“我们麻省理工学院的科学家已经为大脑障碍的研究开启了一扇全新的大门,我觉得非常令人兴奋。”


脑波刺激


阿尔茨海默氏病,它影响了超过500万的美国人,其特征在于β淀粉样蛋白斑被怀疑对脑细胞和正常脑功能干涉有害。 以前的研究暗示,阿尔茨海默病患者也具有受损的γ振荡。 这些范围从25至80赫兹(每秒的周期)的脑波,可促进正常的大脑功能,如注意力,知觉和记忆。


在小鼠的一项研究中,基因编程开发了阿尔茨海默氏症,但尚未显示任何斑块积累或行为症状,Tsai和她的同事发现受损的γ振荡在学习和记忆期间是必不可少的模式。


接下来,研究人员在称为海马的脑区域中在40赫兹处刺激了γ振荡,海马在记忆形成和检索中是至关重要的。 这些初步研究依赖于被称为光遗传学的技术,由Boyden共同开创,其允许科学家通过在它们上照射光来控制遗传修饰的神经元的活性。 使用这种方法,研究人员刺激某些称为中间神经元的脑细胞,然后同步兴奋性神经元的γ活性。


在40赫兹刺激一小时后,研究人员发现海马中β淀粉样蛋白的水平降低了40%至50%。 在从20至80赫兹的其他频率刺激下没有产生这种下降。


Tsai和同事开始怀疑较少侵入性的技术是否可以实现相同的效果。Picower研究所的医学工程和计算神经科学的Edward Hood Taplin教授,这篇论文的作者Emery Brown,提出了使用外部刺激的想法 - 在这种情况下,光的目的是驱动大脑中的γ振荡。 研究人员构建了一个包含了LED灯的简单设备,包括LED灯,可以通过编程在不同的频率闪烁。


使用这个设备,研究人员发现,在40赫兹的光闪烁一小时后,γ振荡增强,β淀粉样蛋白水平减少至阿尔茨海默病的早期阶段的小鼠视觉皮层的一半。 然而,蛋白质在24小时内恢复到其初始水平。

研究人员然后研究更长的治疗过程是否可以减少小鼠中的淀粉样斑块。 在将小鼠一天治疗7天后,斑块和自由漂浮的淀粉样蛋白显着减少。 研究人员现在试图确定这些效果能持续多久。


此外,研究人员发现,γ节律也减少了阿尔茨海默病的另一个标志物:异常修饰的Tau蛋白,其可以在脑中形成缠结。


Tsai的实验室正在研究光是否能在大脑区域带动γ振荡超越视觉皮层 ,而初步数据表明,这是有可能的。 他们还调查淀粉样斑块的减少是否对其阿尔茨海默氏病小鼠模型的行为症状有任何影响,以及该技术是否可能影响涉及受损的γ振荡的其他神经病症。


两种作用模式


研究人员还试图指出伽马振荡如何发挥其影响。 他们发现,在γ刺激后,β淀粉样蛋白产生的过程较不活跃。 γ振荡还改善了大脑清除β淀粉样蛋白的能力,这通常是被称为小胶质细胞的免疫细胞的工作。


“他们吸收有毒物质和细胞碎片,清理环境,并保持神经元健康,”Tsai说。


在阿尔茨海默氏症患者中,小胶质细胞是分泌有毒的化学物质,使其他的脑细胞更恶心。 然而,当γ振荡在小鼠中增强时,小胶质细胞经历形态学改变并且在清除β淀粉样蛋白中变得更有活性。


“提高γ振荡的大脑可以做至少两件事来减少淀粉样蛋白的负荷。一是减少神经元的β淀粉样蛋白的产生;第二是提高淀粉样变被小胶质细胞清除的效率,”Tsai说。


研究人员还对小鼠大脑的信使RNA进行测序,发现数百个基因过表达或表达不足,现在正在研究这些变异对阿尔茨海默病的可能影响。


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