Ученые обнаружили, что комбинированное воздействие тяжелых ионов — заряженных частиц — и гамма-лучей облегчает у мышей симптомы когнитивных нарушений, похожих на те, что встречаются при болезни Альцгеймера. Эксперименты показали, что после облучения у животных улучшается память и способность к пространственному обучению. Полученные данные будут полезны при разработке методов лечения нейродегенеративных заболеваний. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biology.
Болезнь Альцгеймера — одно из самых распространенных нейродегенеративных заболеваний, от которого во всем мире страдает около 50 миллионов человек. Болезнь приводит к нарушению памяти, снижению когнитивных способностей, и в результате больной теряет дееспособность. При этом эффективного лечения до сих пор не существует — имеющиеся подходы способны только замедлить развитие симптомов заболевания.
Исследования показали, что при болезни Альцгеймера в головном мозге развивается хроническое воспаление, вызванное нарушением работы клеток микроглии, которые выполняют защитную функцию. Из-за этого в нервной ткани накапливаются патологические формы белков бета-амилоида и тау-белка, разрушающие нейроны. Повлиять на работу клеток микроглии можно с помощью ионизирующего излучения, например, тяжелых ионов (заряженных частиц с большой массой) и гамма-лучей. Поэтому ученые предполагают, что такое излучение потенциально может скорректировать нейровоспаление, остановить гибель нервных клеток и обратить вспять нейродегенеративные процессы при болезни Альцгеймера.
Специалисты из Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского (Москва) с коллегами исследовали, как на лабораторных мышей с нейродегенеративными заболеваниями влияют тяжелые ионы и гамма-лучи. В эксперименте авторы использовали три группы животных: здоровых (13 грызунов), а также трансгенных, моделирующих болезнь Альцгеймера (18 животных) и таупатию (19 мышей). Таупатия — нейродегенеративное заболевание, при котором в головном мозге накапливаются токсичные для нейронов агрегаты тау-белка. Поскольку это происходит и при болезни Альцгеймера, ее относят к таупатиям. Однако при болезни Альцгеймера, помимо тау-белка, образуются скопления и бета-амилоида.
Сначала на часть животных из всех трех групп воздействовали гамма-лучами, а через трое суток — тяжелыми ионами углерода-12. Суммарно мыши получили дозу гамма лучей, равную 0,24 грей, и дозу тяжелых ионов, равную 0,18 грей. Для сравнения: при лучевой терапии опухолей используется излучение в десятки грей. Таким образом, выбранные авторами дозы были существенно ниже терапевтических, но их было достаточно для того, чтобы повлиять на иммунные процессы в нервной ткани. Контрольными группами стали грызуны (как здоровые, так и моделирующие таупатию и болезнь Альцгеймера), которые не подвергалась облучению.
Исследователи оценили поведение мышей, проведя серию тестов. Животные должны были проходить лабиринты, различать запахи и строить гнезда. Оказалось, что облученные мыши, воспроизводящие болезнь Альцгеймера, лучше строили гнезда и различали запахи, чем особи с заболеванием из необлученной группы. В случае здоровых особей и грызунов с таупатией таких эффектов не было. Однако у этих групп облучение улучшило пространственную память и способность к обучению.
Кроме того, ученые измерили в образцах нервной ткани мышей из разных групп уровень молекул, отвечающих за воспаление. У облученных мышей в 1,5–2 раза повысилась концентрация некоторых интерлейкинов — молекул, задействованных в контроле воспаления, способствующих очистке мозга от токсичных белков и стимулирующих восстановление нейронов.
Полученные результаты указывают на то, что комбинированное облучение меняет активность микроглии и тем самым приводит к улучшению когнитивных функций и корректировке поведенческих симптомов у животных с нейродегенеративными заболеваниями. Открытие такого эффекта, если он подтвердится и у человека, может быть потенциально полезно при разработке методов лечения болезни Альцгеймера и других подобных патологий.
«В дальнейшем мы планируем провести скрининг доз и состава облучения, чтобы определить наиболее эффективные варианты, а также использовать другие модели нейродегенеративных заболеваний, которые можно вылечить (в отличие от использованных в представленном исследовании, генетически детерминированные). Таким образом, мы сможем ответить на самый важный вопрос: способна ли комбинированная радиотерапия оказать патогенетическое лечение, то есть окончательно вылечить заболевание, или же ее эффект ограничивается симптоматическим лечением, что тоже не так плохо, учитывая отсутствие эффективного лечения на сегодняшний день», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Виктор Кохан, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Национального медицинского исследовательского центра психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского.
В исследовании принимали участие сотрудники Научного центра биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства России (Светлые Горы), Института физики высоких энергий имени А.А. Логунова НИЦ «Курчатовский институт» (Протвино) и Института физиологически активных веществ РАН (Черноголовка).
Участники коллектива Мария Чичева и Виктор Кохан