Исследователи из Института биомедицинских систем и биотехнологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) предложили новую стратегию борьбы с болезнью Альцгеймера, в основе которой — регуляция кальция в клетках мозга.

Болезнь Альцгеймера остается одним из самых распространенных и разрушительных нейродегенеративных заболеваний в мире. При болезни Альцгеймера в мозге накапливается вредные вещества: β-амилоид, из которого образуются бляшки; и тау-белок, который скручивается в клубки. Эти новообразования мешают нормальной работе нервных клеток, нарушают связь между ними и постепенно приводят к ухудшению памяти и мышления. Современные терапевтические подходы, связанные с попытками убрать эти бляшки из мозга, на практике не показывают необходимую эффективность.

Ученые СПбПУ сфокусировались на другой фундаментальной проблеме, сопровождающей болезнь Альцгеймера, — нарушении баланса ионов кальция внутри нейронов. Как объясняют авторы исследования, кальций играет роль ключевого сигнального элемента в нервных клетках. В норме его концентрация внутри клетки строго контролируется. При болезни Альцгеймера токсичный β-амилоид нарушает эту регуляцию, вызывая массивное и неконтролируемое поступление кальция в нейроны. Этот «кальциевый перегруз» приводит к гиперактивности клеток, нарушению нейронных связей и в итоге к их гибели, что проявляется как потеря памяти и когнитивных функций.

Вместо того чтобы блокировать каналы поступления кальция (подход, который часто приводит к серьезным побочным эффектам), исследователи предложили «помочь» клетке самой справиться с проблемой. Их внимание привлек внутриклеточный насос SERCA, который отвечает за перекачивание излишков кальция в специальные хранилища. Гипотеза состояла в том, что усиление работы этого насоса может защитить нейроны от кальциевого стресса.

На первом этапе ученые протестировали шесть различных веществ, потенциально способных активировать SERCA-помпу. Используя клеточные модели с флуоресцентным кальциевым сенсором, они выявили наиболее эффективное соединение — NDC-9009. Оно не только лучше других нормализовало уровень кальция в нейронах, но и защищало их от повреждающего действия β-амилоида, сохраняя целостность дендритных шипиков — структур, критически важных для формирования памяти.

Убедившись в эффективности метода на клетках, ученые перешли к испытаниям на мышах с моделью болезни Альцгеймера. Для наблюдения за работой мозга в режиме реального времени использовали передовую технологию — минископ. Это миниатюрный микроскоп, который крепится на голове свободно передвигающегося грызуна и позволяет записывать активность сотен нейронов одновременно, например, в гиппокампе — центре памяти мозга.

«Мыши с болезнью Альцгеймера демонстрировали хаотичную и избыточную активность нейронов. После курса внутрибрюшинного введения NDC-9009 работа их нейронных сетей нормализовалась, становясь похожей на активность у здоровых животных. Что еще важнее, это восстановление функции мозга сопровождалось явным улучшением памяти и способности к обучению в поведенческих тестах. Анализ данных, полученных с минископа, проводился с помощью разработанного нами ранее программного обеспечения NeuroActivityToolkit», — рассказал один из авторов исследования, инженер-исследователь лаборатории молекулярной нейродегенерации и лаборатории анализа биомедицинских изображений и данных СПбПУ Евгений Герасимов.

Как отмечают ученые, использование модуляторов SERCA-помпы открывает новое перспективное направление в терапии болезни Альцгеймера. Этот подход, нацеленный на фундаментальный механизм гибели клеток — кальциевый дисбаланс, может оказаться более безопасным по сравнению с существующими методами.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник https://minobrnauki.gov.ru/press-center/news/nauka/98419/