Химическое вещество мозга, которое вызывает сонливость, также играет центральную роль в успехе глубокой стимуляции мозга для облегчения симптомов у пациентов с болезнью Паркинсона и другими заболеваниями головного мозга. Это удивительное открытие изложено в статье, опубликованной в декабре. 23 в области медицины природы.
Работа показывает, что аденозин, химическое вещество мозга, наиболее широко известное как причина сонливости, играет центральную роль в эффекте глубокой стимуляции мозга, или DBS. Этот метод используется для лечения людей, страдающих болезнью Паркинсона и страдающих сильным тремором, а также тестируется на людях, страдающих тяжелой депрессией или обсессивно-компульсивным расстройством.
Пациенты обычно оснащены «кардиостимулятором головного мозга», небольшим имплантированным устройством, которое доставляет тщательно спланированные электрические сигналы в очень точную точку в мозгу пациента. Процедура нарушает ненормальные нервные сигналы и облегчает симптомы, но врачи давно обсуждают, как именно работает процедура.
Новое исследование, проведенное группой нейробиологов и нейрохирургов из Медицинского центра Университета Рочестера, дает неожиданный намек на роль аденозина и клеток, называемых астроцитами, которые долгое время игнорировались нейробиологами.
«Безусловно, электрический эффект стимуляции на нейроны является центральным по отношению к эффекту глубокой стимуляции мозга», – сказал Майкен Недергаард, М.D., Ph.D., нейробиолог и профессор кафедры нейрохирургии, возглавлявший исследовательскую группу. «Но мы также обнаружили очень важную роль аденозина, что удивительно.”
Аденозин в головном мозге в значительной степени является побочным продуктом химического АТФ, источника энергии для всех наших клеток. Уровень аденозина в мозге обычно повышается по мере прохождения дня, и в конечном итоге он играет огромную роль в том, чтобы мы уснули – это способ мозга сказать нам, что это был долгий день, мы израсходовали много энергии, и это время ложиться спать.
Ученые говорят, что роль аденозина в глубокой стимуляции мозга раньше не осознавалась. Несмотря на то, что ученые признали его способность подавлять передачу сигналов клеток мозга, они не подозревали о какой-либо роли DBS в подавлении аномальной передачи сигналов в головном мозге.
«Существует как минимум дюжина теорий о том, что происходит в мозге при применении глубокой стимуляции мозга, но факт в том, что на самом деле никто не понял этот процесс полностью», – сказал Роберт Бакос, M.D., нейрохирург из Университета Рочестера и соавтор статьи, который провел более 100 операций DBS за последнее десятилетие. «Мы все были сосредоточены на том, что происходит с нервными клетками в головном мозге, но, возможно, мы смотрели не на тот тип клеток.”
Команда Недергаарда показала, что электрические импульсы, лежащие в основе DBS, вызывают эти другие клетки – астроциты – в области непосредственно вокруг операции, чтобы высвободить АТФ, который затем расщепляется на аденозин. Дополнительный аденозин снижает ненормальную передачу сигналов между нейронами головного мозга.
Команда также показала, что у мышей введение самого аденозина без какой-либо глубокой стимуляции мозга снижает аномальную передачу сигналов в мозгу. Они также продемонстрировали, что у мышей, у которых аденозиновые рецепторы были заблокированы, DBS не работал; и они показали, что такой препарат, как кофеин, который блокирует аденозиновые рецепторы (причина, по которой кофеин помогает нам бодрствовать), также снижает эффективность DBS.
«Возможно, удастся повысить эффективность глубокой стимуляции мозга, воспользовавшись ролью агентов, которые модулируют пути, инициированные аденозином», – сказал Недергаард. «Или возможно, что кто-то может разработать другой тип процедуры, возможно, используя локальное нацеливание аденозиновых путей таким образом, который не предполагает хирургической процедуры.”
Последняя работа продолжает линию исследований Недергаарда, показывающую, что клетки мозга, кроме нейронов, играют роль во множестве болезней человека. АТФ в головном мозге вырабатывается в основном астроцитами, которых в мозгу гораздо больше, чем нейронов. Долгое время астроциты считались простыми опорными клетками, но в последние годы Недергаард и его коллеги показали, что они играют важную роль во множестве заболеваний, включая эпилепсию, заболевания спинного мозга, мигрени и болезнь Альцгеймера.
Исследование DBS стало результатом презентации, которую Недергаард сделала коллегам о своем исследовании астроцитов. Бакос связал ее подробное описание активности астроцитов с тем, что он видит в головном мозге, когда применяется глубокая стимуляция мозга. Основываясь на опыте Бакоса в операционной и при финансовой поддержке Национального института неврологических расстройств и инсульта, Недергаард вернулся в лабораторию и проанализировал эффекты глубокой стимуляции мозга способом, о котором раньше никто не думал.
«Корреляция между тем, что мы видим в клинике, и доктором. Недергаард обнаружил в лаборатории действительно поразительное », – сказал Бакос. «Вся заслуга в ней и ее команде. Это был хороший обмен информацией между клиникой и лабораторией, чтобы ускорить открытие, которое действительно может повлиять на пациентов.”
Источник: Университет Рочестера