Исследователи НИУ ВШЭ и Института молекулярной биологии РАН предлагают проверить, как на стимуляцию мозга реагирует гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — природный фильтр мозга, работа которого нарушается при болезни. Понимание того, как изменяется ГЭБ при стимуляции, может в теории улучшить лечение: доставка медикаментов в мозг на ранних стадиях станет эффективнее, а на более поздних стадиях болезни терапия поможет поддержать работу мозга.
Стимуляция природного «фильтра» мозга повысит эффективность лечения Альцгеймера / ©Getty images
Исследование опубликовано в журнале Communications Biology. Деменция, или приобретенное слабоумие, — это прогрессирующая деградация когнитивных функций мозга: мышления, памяти, внимания, координации движений, а также эмоционально-поведенческий распад личности. По оценке ВОЗ, более 55 миллионов человек в мире страдает деменцией, а каждый год появляется 10 миллионов новых больных. И это число будет увеличиваться, поскольку главный фактор риска болезни — возраст, а доля пожилого населения планеты растет.
Самая распространенная форма деменции — болезнь Альцгеймера, на нее приходится 60–70 процентов случаев. Орудиями болезни Альцгеймера служат бета-амилоид и тау-белок — молекулы, которые образуют вне- и внутриклеточные агрегаты, которые приводят к гибели нейронов, из-за чего когнитивные функции утрачиваются. Полностью излечить болезнь невозможно, состояние больного в течение 7–10 лет постепенно ухудшается: возникают проблемы с памятью, речью, мышлением, человек перестает узнавать близких, не контролирует эмоции, теряет способность ориентироваться в обстановке и ухаживать за собой.
Исследователи продолжают искать способ вылечить или хотя бы смягчить симптомы болезни. Команда ученых с участием НИУ ВШЭ детально изучила около 40 исследований за последние 20 лет и предположила, как стимуляция мозга может влиять на целостность ГЭБ, в том числе при болезни Альцгеймера.
Нарушение гематоэнцефалического барьера — один из маркеров Альцгеймера, предшествующий появлению первых симптомов. В норме система ГЭБ работает как фильтр и препятствует попаданию в нервную ткань токсических веществ из кровотока, при этом пропуская питательные биоактивные вещества. При болезни Альцгеймера функционирование ГЭБ нарушается, патогены проникают в мозг и накапливаются там.
На проницаемость ГЭБ можно влиять при помощи неинвазивных методов: транскраниальной магнитной стимуляции и стимуляции постоянным током. Процедура магнитной стимуляции основана на ритмичном воздействии магнитного поля, а при стимуляции током применяется слабый постоянный ток.
Авторы предполагают, что изменение целостности ГЭБ в результате стимуляции можно использовать для повышения эффективности доставки лекарств на ранних стадиях. Однако на более поздних стадиях нужно подходить к стимуляции осторожно, так как возможное разрушение ГЭБ способно усугубить болезнь.
«Активно изучается то, как стимуляция влияет на когнитивные функции, что особенно важно для пациентов с болезнью Альцгеймера. Однако то, какие эффекты оказывает стимуляция в зависимости от целостности ГЭБ, обычно не рассматривают, — поясняет соавтор статьи, младший научный сотрудник Института молекулярной биологии РАН, выпускница магистерской программы ВШЭ «Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию» Александра Петровская. — Мы же утверждаем, что исследовать эффект от стимуляции ГЭБ при Альцгеймере нужно, чтобы повысить эффективность фармакологического лечения Альцгеймера. Более того, исследования важны для понимания безопасности стимуляции на поздних стадиях болезни, когда состояние ГЭБ резко ухудшается».
Систематический анализ влияния стимуляций на связанные с болезнью Альцгеймера факторы в эндотелиальных клетках еще не проводился, но некоторые данные о нейронах и глиальных клетках доступны. Так, в исследовании китайских ученых сообщалось, что магнитные импульсы могут оказывать нейрозащитный эффект. В частности, экспрессия гена IL-10, связанного с противовоспалительным действием, увеличивалась в культуре клеток астроцитов после воздействия импульсов частотой 10 Гц.
В другой подборке исследований стимуляции, наоборот, приводили к раскрытию ГЭБ. Такой подход может быть полезным для доставки лекарств при болезни. Магнитная стимуляция повысила проницаемость ГЭБ в исследовании на крысах и у группы пациентов со злокачественными опухолями головного мозга. А недавно при попытке вызвать открытие ГЭБ на крысиной модели к правому полушарию крыс применяли повторяющуюся низкочастотную стимуляцию, и проницаемость увеличилась на 18 процентов через 15 минут после начала стимуляции.
Тем не менее исследований о влиянии стимуляции на эндотелий ГЭБ на моделях Альцгеймера на момент написания работы не было. Чтобы повысить уровень воспроизводимости исследований с применением стимуляции мозга, нужно грамотно смоделировать трансляцию результатов с клеточного на животный уровень, а с животного — на человека. Исследования на клеточных и животных моделях могут показать, как стимуляция в зависимости от параметров влияет на клетки мозга. Но то, как она в действительности влияет, например, на ГЭБ у пациентов с болезнью Альцгеймера, требует дальнейшего детального исследования.
«Чтобы экстраполировать результаты исследований на животных in vitro и in vivo на людей, необходимо изучить влияние стимуляции на ключевые компоненты патологии Альцгеймера, такие как изменения концентрации вне- и внутриклеточных ионов, бета-амилоидов и тау-белка, — поясняет сотрудник Центра биомедицинской визуализации Атинула А. Мартинос, научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований* Мария Назарова. — Мы считаем, что исследования должны рассмотреть влияние стимуляции на ГЭБ как при болезни Альцгеймера, так и при здоровом старении. Учитывая, что большая часть мозговых кровеносных сосудов расположена на поверхности коры и хорошо доступна для стимуляции, это относительно простой и информативный метод».
*На момент подготовки статьи
