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mouse cortex with amyloid plaquesA sinistra, la corteccia del topo mostra una riduzione delle placche amiloidi in seguito alla stimolazione visiva e uditiva, rispetto al topo non trattato a destra (Fonte: Gabrielle Drummond)

Esponendo i topi a una combinazione unica di luce e suono, i neuroscienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno dimostrato di poter migliorare i disturbi cognitivi e della memoria simili a quelli osservati nei pazienti con morbo di Alzheimer (MA).


Questo trattamento non invasivo, che comporta l'induzione di onde cerebrali chiamate 'oscillazioni gamma', ha anche ridotto notevolmente il numero di placche amiloidi che si trovano nel cervello di questi topi. Le placche sono state ripulite in ampie aree del cervello, comprese le aree critiche per funzioni cognitive come l'apprendimento e la memoria.


"Quando uniamo la stimolazione visiva e uditiva per una settimana, vediamo l'impegno della corteccia prefrontale e una riduzione molto drastica di amiloide", dice Li-Huei Tsai, direttrice del Picower Institute for Learning and Memory del MIT e autrice senior dello studio.


Saranno necessari ulteriori ricerche, dice, per determinare se questo tipo di trattamento può funzionare nei pazienti umani. I ricercatori hanno già eseguito alcuni test preliminari di sicurezza di questo tipo di stimolazione in soggetti umani sani.


Anthony Martorell, laureato del MIT e Abigail Paulson, laureato del Georgia Tech, sono i primi autori dello studio, comparso su Cell il 14 marzo.

 

Miglioramento della memoria

I neuroni del cervello generano segnali elettrici che si sincronizzano per formare onde cerebrali in diverse gamme di frequenza. Precedenti studi hanno suggerito che i malati di MA presentano alterazioni nelle oscillazioni della frequenza gamma, che vanno da 25 a 80 hertz (cicli al secondo) e si ritiene che contribuiscano a funzioni cerebrali come l'attenzione, la percezione e la memoria.


Nel 2016, la Tsai e i suoi colleghi hanno riferito per la prima volta gli effetti benefici del ripristino delle oscillazioni gamma nel cervello di topi geneticamente predisposti a sviluppare i sintomi il MA. In quello studio, i ricercatori hanno usato gli impulsi di luce a 40 hertz, somministrato per un'ora al giorno. Hanno scoperto che questo trattamento riduceva i livelli di placche di amiloide-beta e di un altro marcatore patogeno correlato al MA, la proteina tau fosforilata. Il trattamento ha inoltre stimolato l'attività delle microglia, le cellule immunitarie che eliminano i detriti cellulari.


In quello studio, i miglioramenti generati dalla luce pulsante erano limitati alla corteccia visiva. Nel loro nuovo studio, i ricercatori hanno cercato di esplorare se potevano raggiungere altre regioni del cervello, come quelle necessarie per l'apprendimento e la memoria, usando stimoli sonori. Hanno scoperto che l'esposizione a 40 hertz un'ora al giorno, per sette giorni, ha ridotto drasticamente la quantità di amiloide-beta nella corteccia uditiva (che elabora il suono) e nell'ippocampo, un sito cruciale per la memoria situato vicino al corteccia uditiva.


"Quello che abbiamo dimostrato qui è che possiamo usare una modalità sensoriale completamente diversa per indurre oscillazioni gamma nel cervello. E in secondo luogo, questa gamma indotta dalla stimolazione uditiva può ridurre la patologia dell'amiloide e della tau non solo nella corteccia sensoriale ma anche nell'ippocampo", dice la Tsai, che è una delle fondatrici dell'Aging Brain Initiative del MIT.


I ricercatori hanno anche testato l'effetto della stimolazione uditiva sulle capacità cognitive dei topi. Hanno scoperto che dopo una settimana di trattamento, i topi si sono comportati molto meglio durante la navigazione in un labirinto che richiedeva loro di ricordare i punti chiave. Inoltre, erano in grado di riconoscere meglio gli oggetti che avevano incontrato in precedenza.


Hanno anche scoperto che il trattamento uditivo ha indotto cambiamenti non solo nelle microglia, ma anche nei vasi sanguigni, forse quello che facilitava l'eliminazione dell'amiloide.

 

Effetto drastico

I ricercatori hanno quindi deciso di provare a combinare la stimolazione visiva con quella uditiva e, con loro sorpresa, hanno scoperto che questo duplice trattamento ha un effetto ancora maggiore rispetto ai due singoli. Le placche amiloidi sono state ridotte in una porzione molto più grande del cervello, compresa la corteccia prefrontale, dove si svolgono funzioni cognitive superiori.


Anche la risposta delle microglia era molto più forte. "Queste microglia si accumulano le une sulle altre attorno alle placche", dice la Tsai. "È molto drammatico".


I ricercatori hanno scoperto che se trattano i topi a settimane alternate, molti degli effetti positivi svaniscono, suggerendo che il trattamento deve essere somministrato continuamente per mantenere i benefici.


In uno studio in corso, i ricercatori stanno ora analizzando come le oscillazioni gamma influenzano tipi specifici di cellule cerebrali, nella speranza di scoprire i meccanismi molecolari alla base dei fenomeni che hanno osservato. La Tsai dice che spera anche di esplorare perché è proprio la frequenza specifica che usano, 40 hertz, ad avere un impatto così profondo.


Il trattamento combinato visivo e uditivo è già stato testato su volontari sani, per valutarne la sicurezza, e ora i ricercatori stanno iniziando ad arruolare pazienti con MA di stadio iniziale per studiare i possibili effetti sulla malattia.


"Sebbene esistano differenze importanti tra le specie, c'è motivo di essere ottimisti sul fatto che questi metodi possano fornire interventi utili per gli esseri umani", afferma Nancy Kopell, professoressa di matematica e statistica dell'Università di Boston, che non è stata coinvolta nella ricerca. "Questo studio e gli studi correlati hanno il potenziale di avere un enorme impatto clinico nel MA e su altri problemi che coinvolgono l'infiammazione del cervello".

 

 

 


Fonte: Anne Trafton in MIT (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Anthony J. Martorell, Abigail L. Paulson, Ho-Jun Suk, Fatema Abdurrob, Gabrielle T. Drummond, Webster Guan, Jennie Z. Young, David Nam-Woo Kim, Oleg Kritskiy, Scarlett J. Barker, Vamsi Mangena, Stephanie M. Prince, Emery N. Brown, Kwanghun Chung, Edward S. Boyden, Annabelle C. Singer, Li-Huei Tsai. Multi-sensory Gamma Stimulation Ameliorates Alzheimer’s-Associated Pathology and Improves Cognition. Cell, 14 Mar 2019, DOI: 10.1016/j.cell.2019.02.014

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