Alzheimer: Bagaimana terapi cahaya dapat melindungi otak
Penyelidik sebelum ini menunjukkan bahawa sejenis terapi cahaya berpotensi mengurangkan protein toksik yang terbentuk di otak akibat penyakit Alzheimer. Sekarang, pasukan yang sama telah mengenal pasti apa yang berlaku di peringkat sel untuk mencapai hasil ini.
Pada tahun 2016, saintis di Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge mendapati bahawa memancarkan cahaya yang berkedip ke mata tikus dapat mengurangkan penumpukan toksik protein amiloid dan tau yang terjadi di otak dengan penyakit Alzheimer.
Terapi cahaya meningkatkan bentuk gelombang otak yang disebut gamma oscillation, yang menurut penyelidikan menunjukkan gangguan pada orang dengan penyakit Alzheimer.
Baru-baru ini, pasukan MIT mendedahkan bahawa menggabungkan terapi cahaya dengan terapi bunyi memperluas kesan yang lebih baik.
Kajian-kajian tersebut juga melihat bahawa terapi cahaya dapat meningkatkan ingatan pada tikus yang secara genetik cenderung untuk mengembangkan penyakit Alzheimer dan memori spasial pada tikus yang lebih tua tanpa kondisi tersebut.
Penyiasatan terbaru, yang kini terdapat dalam jurnal Neuron, telah menunjukkan bahawa meningkatkan osilasi gamma dapat meningkatkan hubungan antara sel saraf, mengurangi keradangan, dan melindungi terhadap kematian sel pada model tikus Alzheimer's.
Ini juga menunjukkan bahawa kesan rawatan yang meluas tidak hanya melibatkan sel saraf, atau neuron, tetapi juga sejenis sel imun yang disebut mikroglia.
"Nampaknya," kata penulis kajian kanan Li-Huei Tsai, seorang profesor neurosains dan pengarah Institut Pembelajaran dan Memori Picower di MIT, "bahawa neurodegenerasi sebahagian besarnya dicegah."
Protein Alzheimer dan toksik
Alzheimer adalah keadaan yang secara beransur-ansur merosakkan tisu otak dan fungsi yang berkaitan melalui kehilangan sel yang tidak dapat dipulihkan.
Laporan tahun 2018 oleh Alzheimer's Disease International mendedahkan bahawa 50 juta orang di seluruh dunia menderita demensia, dan bahawa untuk dua pertiga dari mereka, penyakit Alzheimer adalah penyebabnya.
Walaupun beberapa rawatan dapat memperlambat simptom Alzheimer untuk sementara waktu, belum ada yang dapat menyembuhkan keadaan.
Pada orang dengan penyakit Alzheimer, otak mula berubah lama sebelum mereka mengalami gejala demensia. Gejala seperti itu merangkumi kesukaran berfikir dan mengingat.
Dua perubahan khususnya adalah pengembangan deposit toksik, atau plak, protein beta-amiloid antara sel-sel saraf, dan pembentukan kusut toksik protein tau di dalam sel.
Prof Tsai dan rakan-rakannya menjelaskan bahawa orang dengan penyakit Alzheimer juga menunjukkan perubahan lain di otak: "pengurangan daya ayunan pada jalur frekuensi gamma."
Para saintis mengemukakan bahawa osilasi gamma adalah sejenis gelombang otak yang penting untuk fungsi seperti ingatan dan perhatian.
Dalam karya awal mereka, para penyelidik telah menunjukkan bahawa pendedahan cahaya berkelip pada kadar 40 kitaran sesaat, atau hertz, merangsang ayunan gamma pada korteks visual otak pada tikus.
Menambah nada suara yang berdegup pada frekuensi yang sama meningkatkan kesan pengurangan plak terapi cahaya dan memanjangkannya di luar korteks visual ke dalam hippocampus dan beberapa korteks prefrontal.
Getaran gamma dari kedua rawatan juga menyebabkan peningkatan fungsi memori pada model tikus penyakit Alzheimer.
Tahap neuroproteksi yang luar biasa
Dengan kajian baru itu, para penyelidik ingin mengetahui lebih lanjut mengenai mekanisme asas yang membawa kepada faedah ini.
Untuk melakukannya, mereka menggunakan dua model tetikus Alzheimer: Tau P301S dan CK-p25. Prof Tsai mengatakan bahawa kedua-dua jenis tikus mengalami kehilangan sel saraf yang jauh lebih besar daripada model yang mereka gunakan dalam kajian terapi cahaya sebelumnya.
Tikus Tau P301S menghasilkan protein tau mutan yang membentuk kusut di dalam sel seperti yang berlaku di dalam sel otak manusia dengan penyakit Alzheimer. Tikus CK-p25 menghasilkan protein yang disebut p25 yang menyebabkan "neurodegenerasi teruk."
Pasukan ini melihat bahawa terapi cahaya harian yang dimulakan sebelum permulaan neurodegenerasi yang dijangkakan menghasilkan kesan yang luar biasa pada kedua-dua jenis tikus.
Tikus Tau P301S yang menerima 3 minggu rawatan tidak menunjukkan tanda-tanda degenerasi neuron, dibandingkan dengan 15-20% kehilangan neuron pada tikus yang tidak dirawat.
Hasilnya sama pada tikus CK-p25, yang menjalani rawatan selama 6 minggu.
Prof Tsai mendakwa bahawa dia "bekerja dengan protein p25 selama lebih dari 20 tahun," dan protein itu sangat toksik bagi otak. Namun, dia tidak pernah melihat hasil seperti ini sebelumnya. "Ini sangat mengejutkan," tambahnya.
"Kami mendapati bahawa tahap ekspresi transgene p25 sama persis pada tikus yang dirawat dan tidak dirawat, tetapi tidak ada neurodegenerasi pada tikus yang dirawat," jelasnya.
Semasa para penyelidik menguji memori spasial tikus, mereka juga mendapat hasil yang mengejutkan: Terapi cahaya meningkatkan prestasi pada tikus yang lebih tua yang tidak diprogram secara genetik untuk mengembangkan penyakit Alzheimer, tetapi tidak memberi kesan pada tikus yang lebih muda dan serupa.
Perbezaan yang ketara dalam aktiviti gen
Para penyelidik juga memeriksa perubahan gen pada tikus yang dirawat dan tidak dirawat. Mereka mendapati bahawa sel-sel saraf tikus yang tidak dirawat mempunyai aktiviti yang berkurang dalam gen yang memperbaiki DNA dan pada yang membantu mengendalikan hubungan antara sel saraf. Tikus yang dirawat, sebaliknya, menunjukkan aktiviti yang lebih besar dalam gen ini.
Juga, mereka melihat bahawa tikus yang dirawat mempunyai lebih banyak hubungan antara sel saraf, dan bahawa tikus ini beroperasi dengan lebih koheren.
Para saintis juga menyiasat aktiviti gen di mikroglia, atau sel imun yang membantu membersihkan sisa sel dan puing-puing lain di otak.
Penyelidikan tersebut menunjukkan bahawa gen yang mempromosikan keradangan lebih aktif pada tikus yang tidak menerima terapi cahaya. Walau bagaimanapun, tikus yang dirawat menunjukkan kekurangan aktiviti yang ketara dalam gen ini. Mereka juga menunjukkan peningkatan aktiviti dalam gen yang mempengaruhi kemampuan mikroglia untuk bergerak.
Penulis kajian menjelaskan bahawa penemuan ini menunjukkan bahawa terapi cahaya memperkuat kemampuan mikroglia untuk menangani keradangan. Mungkin itu menjadikan mereka lebih baik membersihkan bahan buangan, termasuk protein yang rosak yang dapat terkumpul untuk membentuk plak dan kekusutan toksik.
Prof Tsai mengingatkan kita bahawa satu persoalan penting masih belum ada jawapannya: Bagaimana giliran gamma mendorong pelbagai bentuk perlindungan ini?
Mungkin ayunan menimbulkan sesuatu di dalam sel saraf. Tsai mengatakan bahawa dia suka berfikir bahawa sel saraf adalah "pengatur utama."
"Banyak orang bertanya kepada saya apakah mikroglia adalah jenis sel yang paling penting dalam kesan yang baik ini, tetapi sejujurnya, kita sebenarnya tidak tahu."
Prof Li-Huei Tsai
