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LED灯能治疗阿尔茨海默病?

时间: 2016年12月20日 | 作者: admin | 来源: MIT
很多在小鼠身上的成功的医疗技术都难以在人体试验中取得成功,LED治疗阿兹海默病能成为例外吗?


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今年12月7日,蔡立慧(Li-Huei Tsai)教授在在线版《自然》杂志(Nature)上作为第一作者发表了一篇论文。他们观察到,使用特定频率的LED闪光灯可以大幅度降低阿尔茨海默症小鼠视觉皮层中的β淀粉样蛋白斑块。

 

这种治疗方法是通过诱导大脑内产生一种被称为γ振荡的脑电波作用的,研究人员们发现,γ振荡不仅可以帮助大脑抑制β淀粉样蛋白的产生,还可以激活负责摧毁这些蛋白斑块的细胞。

 

麻省理工学院科学学院院长Michael Sipser说:“这项研究可能预示着在理解与治疗阿尔茨海默症上将取得了突破性进展。这种可怕的疾病正在全球折磨着几百万人与他们的家庭。我们麻省理工学院的科学家们为这项大脑疾病的研究开辟了全新的方向,为其中致病与预防的机制研究打开了新的大门。我认为这非常令人振奋。”

 

Ed Boyden是麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)与麦戈文脑研究所(the McGovernInstitute for Brain Research)生物工程及脑与认知副教授,也是这篇论文的作者之一。他与蔡立慧教授成立了一家叫做Cognito Therapeutics的公司将在人类患者中对该试验方法进行测试。

 

脑电波刺激

 

在美国,超过五百万的人患有阿尔茨海默症。这种疾病的特点是,患者脑部会产生β淀粉样蛋白斑块,从而可能导致脑细胞损伤,扰乱正常大脑功能。之前的研究显示,阿尔茨海默症患者往往会伴随γ振荡受损的症状。γ振荡是频率范围在25 Hz到80 Hz范围内的脑波,它被认为有助于维持如注意力、认知和记忆功能等正常的大脑功能。

 

在蔡立慧教授与她的同事的研究中,使用了基因修饰后的阿尔茨海默症模型小鼠,它们没有表现出任何蛋白斑块的聚集与行为学症状。研究发现对这些小鼠进行迷宫实验时,当出现需要记忆与学习的活动模式的时候,γ振荡出现了损伤。

 

接着,研究人员用40 Hz的γ振荡频率刺激海马区,这是大脑中对记忆形成与恢复至关重要的部位。在初步研究中,他们使用了由Boyden等人首创的一种叫做光遗传学(optogenetics)的技术,科学家们可以利用这种技术通过用光照射基因修饰后的神经元来控制他们的活动。研究人员使用这一方法刺激了大脑中的中间神经元,它会将γ振荡的活动同步给兴奋性神经元。

 

经过一小时的40 Hz刺激后,研究人员发现海马体上的β淀粉样蛋白水平下降了40%到50%。但是使用20 Hz到80 Hz中的其它频率刺激时,并没有产生这样的效果。

 

蔡立慧教授与她的同事开始思考是否可以使用更少介入的技术达到同一效果。她与Emery Brown,这位Edward HoodTaplin医学工程和计算神经科学教授,是Picower研究所的成员之一,也是这篇论文的作者一起想到可以使用外界刺激——光,来驱动脑部的γ振荡。他们用一系列以不同频率闪烁的LED灯搭建了一个简易的设备。

 

利用该设备,研究人员们发现,在阿尔茨海默症发病极早期的小鼠接受了一小时40 Hz强度的LED光照射后,它们脑部的γ振荡增强,β淀粉样蛋白的水平也降低了一半。但是,在照射结束后的24小时内,β淀粉样蛋白又回到了原来的水平。

 

研究人员们接着又探究了是否可以通过更长时间的光照射减少小鼠体内更高水平的β淀粉样蛋白聚集。在对小鼠进行了连续七天,每天一小时的LED光照射后,淀粉斑块与自由浮动的淀粉样蛋白都显著性减少。目前他们正在试着确定这一现象究竟可以持续多长时间。

 

此外,研究人员们还发现γ节律的脑电波同时降低了阿尔茨海默症的另一项重要生物学指标的水平:异常修饰的Tau蛋白,这是一种会在脑内形成缠结的蛋白。

 

哈佛大学医学院的神经学教授Alvaro Pascual-Leone没有参与这项研究,他说:“这项研究是在精心设计和用心执行下完成的,它表明我们长久以来知道与认知功能相关的γ振荡,在大脑中消除β淀粉样蛋白沉积中起到了重要的作用。这非常的引人瞩目与令人震惊,它使将这一方法应用在人类身上变得有希望了起来。”

 

蔡立慧教授的实验室正在研究光照是否可以越过视觉皮层到达大脑并驱动其的γ振荡,初步研究数据显示这是可能的。同时,研究人员们还在研究β淀粉样蛋白斑块的减少是否会影响阿尔茨海默症小鼠的行为学症状,以及这项技术是否对其它与γ振荡受损相关的神经系统疾病有作用。

 

两种作用方式

 

研究人员们还试着通过实验探究γ振荡是如何发挥其作用的。他们发现,在被γ振荡刺激后,β淀粉样蛋白的形成过程变慢。γ振荡还会增强大脑清除β淀粉样蛋白的能力,这种能力通常是一种叫做小神经胶质细胞的免疫细胞所具有的。

 

蔡立慧教授解释说:“小神经胶质细胞可以清除有毒物质和细胞碎片,保证细胞内环境整洁并保持神经元的健康。”

 

在阿尔茨海默症患者体内,小神经胶质细胞会非常容易发炎并且会分泌有毒的化学物质使更多的脑细胞损伤。但是,当小鼠的γ振荡增强后,它们的小神经胶质细胞会发生形态学改变并且会更加积极清除β淀粉样蛋白。

 

蔡立慧教授说:“本质上来说,增强大脑中的γ振荡至少可以通过两种方式减少淀粉样蛋白。一种是减少神经元产生β淀粉样蛋白,另一种是增强小神经胶质细胞清除淀粉样蛋白的能力。”

 

研究人员们还检测了光照实验小鼠大脑中信使RNA的序列,他们发现,其中数百种基因都存在过表达或者低表达的现象,研究人员正在分析这些变异对阿尔茨海默症可能产生的影响。

 

不过,蔡立慧教授在接受采访时也说:“这是一个很大的“如果”,因为太多已经证明在小鼠身上起作用的实验都在人类身上失败了。”对于这项让人觉得有些惊讶的研究来说,未来还需要更多的试验才能证实是否有效。

 

如果未来通过临床试验,这项研究将改写的,可能是一项数以十亿美元计算的医学产业。

 

翻译 闫亢

 

原文链接:

http://news.mit.edu/2016/visual-stimulation-treatment-alzheimer-1207

 


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