Ricerche

Usando luci LED pulsanti ad una frequenza specifica, i ricercatori del MIT hanno dimostrato che è possibile ridurre sostanzialmente le placche di amiloide-beta dell'Alzheimer, nella corteccia visiva dei topi.

Questo trattamento sembra funzionare attraverso l'induzione di onde cerebrali chiamate «oscillazioni gamma», che i ricercatori hanno scoperto sono in grado di aiutare il cervello a sopprimere la produzione di amiloide-beta e rinvigorire le cellule responsabili della distruzione delle placche.

Saranno necessarie ulteriori ricerche per determinare se un simile approccio può aiutare i malati di Alzheimer, dice Li-Huei Tsai, professore di Neuroscienze, direttrice del Picower Institute for Learning and Memory del MIT, e autrice senior dello studio, apparso on line ieri, 7 Dicembre 2016, su Nature.

"E' un grande 'se', perché tante cose hanno dimostrato di funzionare nei topi, per poi fallire negli esseri umani", dice la Tsai. "Ma se gli esseri umani si comporteranno in modo simile ai topi in risposta a questo trattamento, direi che il potenziale è semplicemente enorme, perché è così non invasivo, ed è così accessibile".

La Tsai e Ed Boyden (professore associato di ingegneria biologica e di scienze cerebrali e cognitive al MIT Media Lab e al McGovern Institute for Brain Research, anch'egli autore della ricerca) hanno fatto partire una società denominata Cognito Therapeutics per eseguire i test negli esseri umani. I primi autori della ricerca sono lo studente laureato Hannah Iaccarino e l'affiliato di ricerca Annabelle Singer.

"Questo importante annuncio potrebbe presagire una svolta nella comprensione e nel trattamento dell'Alzheimer, una malattia terribile che affligge milioni di persone e le loro famiglie in tutto il mondo", dice Michael Sipser, decano della Facoltà di Scienze del MIT. "I nostri scienziati del MIT hanno aperto la porta a una direzione completamente nuova di ricerche su questa malattia del cervello e sui meccanismi che possono causarla o prevenirla. Lo trovo estremamente interessante".

Stimolazione delle onde cerebrali

L'Alzheimer è caratterizzato da placche di amiloide-beta che si sospetta siano dannose per le cellule del cervello e che interferiscano con la normale funzione cerebrale. Precedenti studi avevano suggerito che i malati di Alzheimer hanno anche le oscillazioni gamma alterate. Si considera che queste onde cerebrali, che vanno da 25 a 80 hertz (cicli al secondo), contribuiscano alle normali funzioni cerebrali, come l'attenzione, la percezione e la memoria.

In uno studio su topi che erano stati geneticamente programmati per sviluppare l'Alzheimer, ma ancora non mostravano alcun accumulo di placca o sintomi comportamentali, la Tsai e i suoi colleghi hanno trovato le oscillazioni gamma deteriorate durante modelli di attività essenziali per l'apprendimento e la memoria, durante l'esecuzione del test al labirinto.

Successivamente, i ricercatori hanno stimolato le oscillazioni gamma a 40 hertz in una regione del cervello chiamata ippocampo, che è fondamentale per la formazione della memoria e per il suo recupero. Questi studi iniziali hanno fatto affidamento su una tecnica chiamata «optogenetica», co-inventata da Boyden, che permette agli scienziati di controllare attraverso impulsi di luce l'attività dei neuroni geneticamente modificati. Con questo approccio, i ricercatori hanno stimolato alcune cellule del cervello chiamate «interneuroni» che, a loro volta, sincronizzano l'attività gamma dei neuroni eccitatori.

Dopo un'ora di stimolazione a 40 hertz, i ricercatori hanno trovato una riduzione dal 40 al 50 per cento dei livelli di proteine ​​amiloide-beta nell'ippocampo. La stimolazione ad altre frequenze, che vanno da 20 a 80 hertz, non produceva questo calo.

La Tsai e i colleghi hanno quindi cominciato a chiedersi se delle tecniche meno invasive potrebbero ottenere lo stesso effetto. La Tsai e Emery Brown, professore di Ingegneria Medica e di Scienze Computazionali dell'Istituto Picower, e coautore della ricerca, sono arrivati all'idea di usare uno stimolo esterno - in questo caso, la luce - per guidare le oscillazioni gamma nel cervello. I ricercatori hanno costruito un semplice dispositivo costituito da una striscia di LED che può essere programmata per pulsare a diverse frequenze.

Con questo dispositivo, i ricercatori hanno scoperto che un'ora di esposizione alla luce pulsante a 40 hertz enfatizza le oscillazioni gamma e riduce della metà i livelli di amiloide-beta nella corteccia visiva dei topi nelle primissime fasi dell'Alzheimer. Tuttavia, le proteine ​​tornavano al livello originale entro 24 ore.

I ricercatori hanno poi esaminato se un trattamento più lungo potrebbe ridurre le placche amiloidi nei topi con un accumulo più avanzato di placche amiloidi. Dopo il trattamento dei topi per un'ora al giorno, per sette giorni, sia le placche, che l'amiloide libero di fluttuare, erano notevolmente ridotti. I ricercatori stanno ora cercando di determinare per quanto tempo durano questi effetti.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che i ritmi gamma riducono anche un altro segno distintivo dell'Alzheimer: la proteina Tau alterata, che può formare grovigli nel cervello.

"Questo studio ben progettato ed eseguito dimostra che le oscillazioni gamma, di cui conosciamo da lungo tempo il legame con la funzione cognitiva, hanno un ruolo critico nella capacità del cervello di ripulire i depositi", dice Alvaro Pascual-Leone, professore di neurologia della Harvard Medical School, che non era coinvolto nella ricerca. "Questo è notevole e sorprendente, e apre la prospettiva eccitante di una possibile trasposizione negli esseri umani".

Il laboratorio della Tsai sta ora studiando se la luce può guidare le oscillazioni gamma nelle aree del cervello oltre la corteccia visiva, e i dati preliminari suggeriscono che questo è possibile. I ricercatori stanno anche studiando se la riduzione delle placche amiloidi ha un qualche effetto sui sintomi comportamentali dei loro topi modelli di Alzheimer, e se questa tecnica potrebbe influenzare altri disturbi neurologici che coinvolgono le oscillazioni gamma alterate.

Due modalità di azione

I ricercatori hanno anche eseguito degli studi per cercare di capire come le oscillazioni gamma esercitano i loro effetti. Essi hanno scoperto che dopo la stimolazione gamma, il processo per la produzione di amiloide-beta è meno attivo. Le oscillazioni gamma migliorano anche la capacità del cervello di eliminare le proteine ​​amiloide-beta, che sarebbe di norma il lavoro delle cellule immunitarie chiamate microglia. "Queste raccolgono i materiali tossici e i detriti cellulari, ripuliscono l'ambiente, e mantengono in buona salute i neuroni", spiega la Tsai.

Nei pazienti di Alzheimer, le cellule microgliali diventano molto infiammate e secernono sostanze chimiche tossiche che danneggiano le altre cellule cerebrali. Tuttavia, quando sono state potenziate le oscillazioni gamma nei topi, le loro microglia hanno subito cambiamenti morfologici ed sono diventate più attive nell'eliminazione delle proteine ​​amiloide-beta.

"La linea di fondo è che il potenziamento delle oscillazioni gamma nel cervello può fare almeno due cose per ridurre il carico di amiloide. Una è ridurre la produzione di amiloide-beta dai neuroni. E la seconda è migliorare l'eliminazione di amiloide da parte delle microglia", dice la Tsai.

I ricercatori hanno anche sequenziato l'RNA messaggero del cervello dei topi trattati e hanno scoperto che centinaia di geni erano sovra o sotto-espressi, e stanno ora indagando il possibile impatto di tali variazioni sull'Alzheimer.