Пациенты, проходящие химиотерапию, часто испытывают когнитивные эффекты, такие как ухудшение памяти и трудности с концентрацией внимания — состояние, широко известное как «химиомозг».
Исследователи Массачусетского технологического института теперь показали, что неинвазивное лечение, которое стимулирует мозговые волны гамма-частоты, может быть многообещающим для лечения химиотерапии мозга . В исследовании на мышах они обнаружили, что ежедневное воздействие света и звука частотой 40 герц защищает клетки мозга от повреждений, вызванных химиотерапией. Лечение также помогло предотвратить потерю памяти и ухудшение других когнитивных функций.
По словам исследователей, это лечение, которое изначально было разработано как способ лечения болезни Альцгеймера, оказывает широко распространенное воздействие и может помочь при различных неврологических расстройствах.
«Лечение может уменьшить повреждение ДНК, уменьшить воспаление и увеличить количество олигодендроцитов — клеток, которые производят миелин, окружающий аксоны», — говорит Ли-Хуэй Цай, директор Института обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института и профессор Пикауэра в Департамент мозговых и когнитивных наук Массачусетского технологического института. «Мы также обнаружили, что это лечение улучшило обучение и память, а также улучшило исполнительные функции у животных».
Цай — старший автор нового исследования, опубликованного в журнале Science Translational Medicine . Ведущий автор статьи — Тэхён Ким, постдок Массачусетского технологического института.
Защитные мозговые волны
Несколько лет назад Цай и ее коллеги начали изучать использование мерцания света с частотой 40 герц (циклов в секунду) как способ улучшения когнитивных симптомов болезни Альцгеймера. Предыдущая работа предположила, что у пациентов с болезнью Альцгеймера нарушены гамма-колебания — мозговые волны в диапазоне от 25 до 80 герц (циклов в секунду), которые, как полагают, способствуют таким функциям мозга, как внимание, восприятие и память.
Исследования Цая на мышах показали, что воздействие мерцающего света с частотой 40 герц или звуков с частотой 40 герц может стимулировать гамма-волны в мозге, что оказывает множество защитных эффектов, в том числе предотвращает образование бета-амилоидных бляшек.
Совместное использование света и звука обеспечивает еще более надежную защиту. Лечение также кажется многообещающим на людях: клинические испытания I фазы на людях с ранней стадией болезни Альцгеймера показали, что лечение безопасно и действительно дает некоторые неврологические и поведенческие преимущества.
В новом исследовании ученые решили выяснить, может ли это лечение также противодействовать когнитивным эффектам химиотерапии.
Исследования показали, что эти препараты могут вызывать воспаление в мозге, а также другие пагубные последствия, такие как потеря белого вещества — сети нервных волокон, которые помогают различным частям мозга общаться друг с другом. Химиотерапевтические препараты также способствуют потере миелина — защитного жирового покрытия, которое позволяет нейронам распространять электрические сигналы. Многие из этих эффектов также наблюдаются в мозге людей с болезнью Альцгеймера.
«Химия мозга привлекла наше внимание, потому что она чрезвычайно распространена, и существует довольно много исследований о том, как выглядит мозг после химиотерапии», — говорит Цай. «Из нашей предыдущей работы мы знаем, что эта гамма-сенсорная стимуляция оказывает противовоспалительное действие, поэтому мы решили использовать модель химиомозга, чтобы проверить, может ли сенсорная гамма-стимуляция быть полезной».
В качестве экспериментальной модели исследователи использовали мышей, которым давали цисплатин, химиотерапевтический препарат, часто используемый для лечения рака яичек, яичников и других видов рака. Мышам давали цисплатин в течение пяти дней, затем на пять дней отказывались от него, а затем снова на пять дней. Одна группа получала только химиотерапию, а другая группа также ежедневно получала световую и звуковую терапию частотой 40 Гц.
Через три недели мыши, получавшие цисплатин, но не гамма-терапию, продемонстрировали многие ожидаемые эффекты химиотерапии: уменьшение объема мозга, повреждение ДНК, демиелинизацию и воспаление. У этих мышей также было уменьшено количество олигодендроцитов — клеток головного мозга, ответственных за выработку миелина.
Однако мыши, получавшие гамма-терапию вместе с лечением цисплатином, показали значительное снижение всех этих симптомов. Гамма-терапия также оказала благотворное влияние на поведение: мыши, получившие терапию, показали гораздо лучшие результаты в тестах, предназначенных для измерения памяти и исполнительных функций.
«Фундаментальный механизм»
Используя секвенирование одноклеточной РНК, исследователи проанализировали изменения экспрессии генов , которые произошли у мышей, получивших гамма-обработку. Они обнаружили, что у этих мышей были подавлены гены, связанные с воспалением и гены, вызывающие гибель клеток, особенно в олигодендроцитах, клетках, ответственных за выработку миелина.
У мышей, получавших гамма-терапию вместе с цисплатином, некоторые положительные эффекты все еще можно было наблюдать спустя четыре месяца. Однако гамма-терапия была гораздо менее эффективной, если ее начинали через три месяца после окончания химиотерапии.
Исследователи также показали, что гамма-терапия улучшила признаки химиотерапии головного мозга у мышей , которые получали другой химиотерапевтический препарат — метотрексат, который используется для лечения рака молочной железы, легких и других типов рака.
«Я думаю, что это очень фундаментальный механизм улучшения миелинизации и обеспечения целостности олигодендроцитов. Похоже, что он не специфичен для агента, вызывающего демиелинизацию, будь то химиотерапия или другой источник демиелинизации», — говорит Цай.
Из-за его широко распространенного эффекта лаборатория Цая также тестирует гамма- терапию на мышиных моделях других неврологических заболеваний, включая болезнь Паркинсона и рассеянный склероз. Cognito Therapeutics, компания, основанная Цаем и профессором Массачусетского технологического института Эдвардом Бойденом, завершила II фазу исследования гамма-терапии у пациентов с болезнью Альцгеймера и планирует начать III фазу исследования в этом году.
«Основным направлением моей лаборатории сейчас, с точки зрения клинического применения, является болезнь Альцгеймера; но, надеюсь, мы сможем протестировать этот подход и при некоторых других показаниях», — говорит Цай.
