Ricerche

Ricercatori studiano gli effetti della stimolazione magnetica transcranica ripetitiva a bassa intensità non invasiva nei topi modello di Alzheimer

Segmenti assonali in un cervello vivente al microscopio a due fotoni. L'ingrandimento di un'area cerebrale (A) mostra reti complesse di neuroni, visibili tramite marcatore fluorescente. In B e C terminazioni assonali specializzate ('bouton') dove si formano le sinapsi. Fonte: B. Fulopova (Univ. of Queensland)

Il morbo di Alzheimer (MA) è una condizione neurodegenerativa debilitante che colpisce una percentuale significativa delle persone anziane in tutto il mondo. Le sinapsi sono punti di comunicazione tra cellule neurali, che sono malleabili al cambiamento in base alle nostre esperienze. Aggiungendo, rimuovendo, rafforzando o indebolendo i contatti sinaptici, il nostro cervello codifica nuovi eventi o dimentica quelli precedenti.

Nel MA, la plasticità sinaptica, la capacità del cervello di regolare la forza delle connessioni sinaptiche tra i neuroni, è significativamente stravolta. Ciò peggiora nel tempo, riducendo le funzioni cognitive e di memoria e portando a una ridotta qualità della vita. Ad oggi, per il MA non esiste una cura efficace, solo trattamenti limitati per la gestione dei sintomi.

Studi hanno dimostrato che la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS), una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva che usa impulsi elettromagnetici per colpire regioni cerebrali specifiche, ha un potenziale terapeutico per gestire la demenza e le malattie correlate. Da studi precedenti, sappiamo che la rTMS può promuovere la plasticità sinaptica in sistemi nervosi sani. Inoltre, è già usata per trattare alcune condizioni neurodegenerative e neuropsichiatriche. Tuttavia, le risposte individuali alla rTMS per la gestione del MA sono variabili e i meccanismi sottostanti non sono chiari.

Di recente, ricercatori dell'Università del Queensland (Australia) e del Wicking Dementia Research and Education Center dell'Università della Tasmania hanno studiato gli effetti della rTMS sulle sinapsi nella corteccia cerebrale di topi con demenza di tipo MA, pubblicando lo studio su Neurophotonics.

"Poiché la disfunzione sinaptica è un meccanismo chiave nel MA, in questo studio abbiamo quantificato i cambiamenti nei bouton assonali sinaptici nei topi modello di MA in risposta alla rTMS, confrontandoli con quelli di topi sani", spiega la prima autrice dott.ssa Barbora Fulopova dell'Università del Queensland.

I bouton assonali sono terminazioni specializzate di un assone, che è la parte lunga e sottile di un neurone che lo collega ad altri neuroni per trasmettere segnali neurali. Questi sono siti in cui si formano le sinapsi, che consentono ai neuroni di comunicare. Pertanto, qualsiasi cambiamento nel numero o nella funzione di questi bouton può avere effetti profondi sulla connettività cerebrale.

In questo studio, i ricercatori hanno osservato cambiamenti strutturali di due tipi di bouton eccitatori, vale a dire i 'bouton terminali' (BT) (brevi sporgenze dall'albero degli assoni che di solito collegano i neuroni in un'area locale) e 'bouton di passaggio' (BdP) (piccole strutture a forma di perle lungo gli assoni che in genere collegano regioni lontane). Hanno usato la scansione a due fotoni per visualizzare singoli assoni e sinapsi nel cervello di un animale vivo.

Lo studio è stato condotto sul ceppo APP/PS1 Xthy-1GFP-M di topi, che è un incrocio tra il ceppo APP/PS1 (topi geneticamente modificati per mostrare sintomi di tipo MA umano) e il ceppo di Thy1-GFP-M, che esprime una proteina fluorescente in certi neuroni. Questa combinazione fa brillare gli assoni durante la scansione, consentendo il tracciamento preciso dei cambiamenti dei bouton sinaptici nel tempo. Il team ha monitorato le dinamiche dei bouton assonali in questi topi a intervalli di 48 ore per 8 giorni, sia prima che dopo una singola sessione rTMS. Hanno quindi confrontato questi risultati con topi sani naturali (WT, wild-type).

Hanno scoperto che sia BT che BdP nei topi modello di MA avevano una densità comparabile a quella dei topi WT sani. Tuttavia, il ricambio di entrambi i tipi di bouton era significativamente più basso nei topi modello di MA prima della rTMS, probabilmente a causa dell'accumulo di placca amiloide, un marcatore chiave di demenza e causa potenziale di malattie come il MA.

Dopo una singola sessione di rTMS a bassa intensità, il ricambio di BT in entrambi i ceppi è aumentato in modo significativo, mentre non vi è stato alcun cambiamento nel ricambio degli BdP. In particolare, i maggiori cambiamenti sono stati osservati due giorni dopo la stimolazione con un aumento dell'88% del ricambio di BT per il gruppo WT e un aumento del 213% del gruppo APP-GFP. Tuttavia, questo aumento è tornato ai livelli di pre-stimolazione dall'ottavo giorno.

Inoltre, nei topi modello di MA, questo aumento del ricambio era paragonabile ai livelli di ricambio dei topi WT osservati prima della stimolazione. Ciò indica che la rTMS a bassa intensità può potenzialmente ripristinare la plasticità sinaptica di BT a quella osservata nei topi sani. Inoltre, il fatto che solo BT e non BdP abbiano risposto alla rTMS indica la possibilità che i meccanismi di rTMS possano essere specifici del tipo di cellula.

"Questo è il primo studio a fornire prove di bouton pre-sinaptici che rispondono alla rTMS in un sistema nervoso sano e in uno contrassegnato dalla presenza di demenza", osserva la Fulopova. "Dato il legame stabilito tra disfunzione sinaptica e declino cognitivo della demenza e l'uso di rTMS per il trattamento di altre condizioni neurodegenerative, i nostri risultati evidenziano il suo potenziale come potente aggiunta alle strategie di gestione attualmente utilizzate per il MA".