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Alzheimer: Wie eine Lichttherapie das Gehirn schützen kann

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Forscher haben bereits gezeigt, dass eine Art Lichttherapie potenziell toxische Proteine reduzieren könnte, die sich im Gehirn bei der Alzheimer-Krankheit ansammeln. Jetzt hat das gleiche Team identifiziert, was auf Zellenebene passiert, um dieses Ergebnis zu erzielen.

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Im Jahr 2016 fanden Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge heraus, dass ein flackerndes Licht in die Augen von Mäusen den giftigen Aufbau von Amyloid- und Tau-Proteinen, die im Gehirn bei der Alzheimer-Krankheit auftreten, reduzieren könnte.

Die Lichttherapie verstärkt eine Form der Hirnwelle, die Gamma-Oszillation genannt wird, die nach Forschungsergebnissen bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit beeinträchtigt ist.

In jüngster Zeit stellte das MIT-Team fest, dass die Kombination von Lichttherapie und Klangtherapie die positiven Effekte noch weiter steigert.

Diese Studien zeigten auch, dass die Lichttherapie das Gedächtnis bei Mäusen verbessern kann, die genetisch veranlagt sind, die Alzheimer-Krankheit zu entwickeln, und das räumliche Gedächtnis bei älteren Mäusen ohne diese Krankheit.

Die jüngste Untersuchung, die nun in der Zeitschrift Neuron erscheint, hat gezeigt, dass die Verstärkung von Gamma-Oszillationen die Verbindung zwischen Nervenzellen verbessern, Entzündungen reduzieren und vor dem Zelltod in Mausmodellen der Alzheimer-Krankheit schützen kann.

Es zeigt auch, dass die weitreichenden Wirkungen der Behandlung nicht nur Nervenzellen oder Neuronen, sondern auch eine Art Immunzelle namens Mikroglia betreffen.

"Es scheint", sagt der Autor der Oberstufe Li-Huei Tsai, Professor für Neurowissenschaften und Direktor des Picower Institute for Learning and Memory am MIT, "dass die Neurodegeneration weitgehend verhindert wird"

Alzheimer und toxische Proteine

Alzheimer ist eine Erkrankung, die durch den irreversiblen Verlust von Zellen allmählich das Hirngewebe und die damit verbundene Funktion zerstört.

Ein Bericht von Alzheimer's Disease International aus dem Jahr 2018 zeigt, dass weltweit 50 Millionen Menschen an Demenz leiden und dass für zwei Drittel von ihnen die Alzheimer-Krankheit die Ursache ist.

Obwohl einige Behandlungen die Symptome von Alzheimer für eine Weile verlangsamen können, kann noch keine der Behandlungen die Krankheit heilen.

Bei Menschen mit Alzheimer beginnt sich das Gehirn lange Zeit zu verändern, bevor sie Symptome einer Demenz erleben. Zu diesen Symptomen gehören Schwierigkeiten beim Denken und Erinnern.

Zwei Veränderungen sind insbesondere die Entwicklung von toxischen Ablagerungen oder Plaques von beta-Amyloid-Protein zwischen Nervenzellen und die Bildung von toxischen Verflechtungen von Tau-Protein in den Zellen.

Prof. Tsai und ihre Kollegen erklären, dass Menschen mit Alzheimer auch eine weitere Veränderung im Gehirn zeigen: "Reduzierte Schwingungsstärke im Gamma-Frequenzband."

Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Gammaschwingungen eine Art Hirnstrom sind, der für Funktionen wie Gedächtnis und Aufmerksamkeit wichtig ist.

In ihrer früheren Arbeit hatten die Forscher gezeigt, dass die Exposition gegenüber Licht, das mit einer Rate von 40 Zyklen pro Sekunde flackert, oder Hertz, Gamma-Schwingungen im visuellen Kortex des Gehirns bei Mäusen stimuliert.

Durch das Hinzufügen von Klangfarben, die mit gleicher Frequenz schlagen, wurde die plaquereduzierende Wirkung der Lichttherapie verstärkt und über den visuellen Kortex hinaus in den Hippocampus und einen Teil des präfrontalen Kortex ausgedehnt.

Gamma-Oszillationen aus beiden Behandlungen führten auch zu einer Verbesserung der Gedächtnisfunktion in Mausmodellen der Alzheimer-Krankheit.

Bemerkenswertes Niveau der Neuroprotektion

Mit der neuen Studie wollten die Forscher mehr über die zugrunde liegenden Mechanismen herausfinden, die zu diesen Vorteilen geführt haben.

Dazu verwendeten sie zwei Mausmodelle von Alzheimer: Tau P301S und CK-p25. Prof. Tsai sagt, dass beide Arten von Mäusen einen viel größeren Verlust an Nervenzellen erfahren als das Modell, das sie in den früheren Lichttherapie-Studien verwendet haben.

Tau P301S Mäuse produzieren ein mutiertes Tau-Protein, das sich in Zellen verwirrt, wie sie beispielsweise in Gehirnzellen von Menschen mit Alzheimer-Krankheit vorkommen. CK-p25-Mäuse produzieren ein Protein namens p25, das eine "schwere Neurodegeneration" verursacht

Das Team sah, dass die tägliche Lichttherapie, die vor dem erwarteten Beginn der Neurodegeneration begann, bemerkenswerte Auswirkungen auf beide Arten von Mäusen hatte.

Tau P301S Mäuse, die 3 Wochen lang behandelt wurden, zeigten keine Anzeichen einer Neuronendegeneration, verglichen mit 15-20% des Neuronenverlustes bei den unbehandelten Mäusen.

Das Ergebnis war das gleiche bei den CK-p25-Mäusen, die 6 Wochen lang behandelt wurden.

Prof. Tsai behauptet, dass sie "seit über 20 Jahren mit dem p25-Protein arbeitet" und das Protein für das Gehirn sehr giftig ist. Allerdings hat sie noch nie so etwas wie dieses Ergebnis gesehen. "Es ist sehr schockierend", fügt sie hinzu.

"Wir haben festgestellt, dass die p25-Transgen-Expressionswerte bei behandelten und unbehandelten Mäusen genau gleich sind, aber es gibt keine Neurodegeneration bei den behandelten Mäusen", erklärt sie.

Als die Forscher das räumliche Gedächtnis der Mäuse testeten, fanden sie auch überraschende Ergebnisse: Die Lichttherapie verbesserte die Leistung bei älteren Mäusen, die nicht genetisch programmiert waren, um die Alzheimer-Krankheit zu entwickeln, aber sie hatte keinen Einfluss auf jüngere, ähnliche Mäuse.

Deutliche Unterschiede in der Genaktivität

Außerdem untersuchten die Forscher Genveränderungen bei den behandelten und unbehandelten Mäusen. Sie fanden heraus, dass die Nervenzellen unbehandelter Mäuse die Aktivität in Genen, die die DNA reparieren, reduziert hatten, und in solchen, die helfen, die Verbindungen zwischen Nervenzellen zu steuern. Die behandelten Mäuse hingegen zeigten eine größere Aktivität in diesen Genen.

Außerdem sahen sie, dass die behandelten Mäuse mehr Verbindungen zwischen den Nervenzellen hatten und dass diese zusammenhängender funktionierten.

Die Wissenschaftler untersuchten auch die Genaktivität in den Mikroglia- oder Immunzellen, die helfen, Zellabfälle und andere Ablagerungen im Gehirn zu entfernen.

Diese Untersuchungen zeigten, dass entzündungsfördernde Gene bei Mäusen, die die Lichttherapie nicht erhielten, aktiver waren. Allerdings zeigten behandelte Mäuse einen deutlichen Aktivitätsmangel in diesen Genen. Sie zeigten auch eine erhöhte Aktivität in Genen, die die Bewegungsfähigkeit der Mikroglia beeinträchtigen.

Die Studienautoren erklären, dass diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass die Lichttherapie die Fähigkeit der Mikroglia, mit Entzündungen umzugehen, gestärkt hat. Vielleicht war es ihnen dadurch besser möglich, Abfallstoffe zu entfernen, einschließlich fehlerhafter Proteine, die sich zu giftigen Plaques und Verwirrungen ansammeln können.

Prof. Tsai erinnert uns daran, dass eine wichtige Frage noch keine Antwort hat: Wie induziert die Gamma-Oszillation diese verschiedenen Schutzformen?

Vielleicht lösen die Schwingungen etwas in den Nervenzellen aus. Prof. Tsai sagt, sie denkt gerne, dass Nervenzellen "die Hauptregulatoren" sind

"Viele Leute haben mich gefragt, ob die Mikroglia der wichtigste Zelltyp in dieser positiven Wirkung sind, aber um ehrlich zu sein, wir wissen es wirklich nicht."

Prof. Li-Huei Tsai