Αλτσχάιμερ: Κινητικές δυσκολίες ίσως αποτελούν πρώιμα σημάδια εκτός εγκεφάλου

Η νόσος Αλτσχάιμερ είναι γνωστή κυρίως για τις επιπτώσεις της στη μνήμη και τη σκέψη. Νέα έρευνα, ωστόσο, δείχνει ότι ορισμένα συμπτώματα μπορεί να εμφανίζονται σε ένα απρόσμενο σημείο: έξω από τον εγκέφαλο.

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα (UCF) διαπίστωσαν ότι γενετικές μεταλλάξεις που σχετίζονται με τη νόσο Αλτσχάιμερ μπορούν να επηρεάσουν τα νεύρα που ελέγχουν τις μυϊκές κινήσεις, ακόμη και χωρίς συμμετοχή του εγκεφάλου ή του νωτιαίου μυελού. Τα ευρήματα ίσως εξηγούν γιατί ορισμένοι άνθρωποι με Αλτσχάιμερ παρουσιάζουν αλλαγές στο περπάτημα, την ισορροπία ή τον συντονισμό πολύ πριν εμφανίσουν αισθητά προβλήματα μνήμης.

Η ανακάλυψη αφήνει ανοιχτό το ενδεχόμενο οι κινητικές δυσκολίες να αποτελούν πρώιμες ενδείξεις της νόσου. Παράλληλα, υποδηλώνει ότι θεραπείες που στοχεύουν αποκλειστικά στον εγκέφαλο μπορεί να μην αντιμετωπίζουν σημαντικά προβλήματα σε άλλα σημεία του σώματος.

Επικεφαλής της έρευνας ήταν ο James Hickman, καθηγητής στο Κέντρο Νανοεπιστήμης και Τεχνολογίας του UCF, και η ερευνήτρια καθηγήτρια Xiufang «Nadine» Guo, σε συνεργασία με επιστήμονες της εταιρείας τεχνολογίας υγείας Hesperos. Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Γήρανσης, που υπάγεται στα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ, και χρησιμοποίησε εργαστηριακά συστήματα από ανθρώπινα κύτταρα για να εξετάσει πώς οι κληρονομικές μεταλλάξεις που συνδέονται με το Αλτσχάιμερ επηρεάζουν την κίνηση. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association.

«Οι κινητικές διαταραχές μπορεί να αποτελούν μια πρωιμότερη ένδειξη [της νόσου Αλτσχάιμερ]», λέει η Guo. «Αν μπορέσουμε να εντοπίσουμε αυτές τις αλλαγές και να παρέμβουμε νωρίτερα, αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην καθυστέρηση της εμφάνισης συμπτωμάτων από το κεντρικό νευρικό σύστημα».

Γιατί τα συμπτώματα του Αλτσχάιμερ μπορεί να εμφανιστούν πριν από την απώλεια μνήμης

Η νόσος Αλτσχάιμερ συνδέεται συνήθως με προοδευτική απώλεια μνήμης, σύγχυση και έκπτωση των γνωστικών ικανοτήτων. Ωστόσο, οι γιατροί έχουν παρατηρήσει ότι ορισμένοι ασθενείς εμφανίζουν επίσης σωματικά συμπτώματα, όπως αλλαγές στην ισορροπία, τον συντονισμό και τη βάδιση, δηλαδή τον τρόπο που περπατούν, χρόνια πριν γίνουν εμφανείς οι γνωστικές δυσκολίες.

Οι παρατηρήσεις αυτές έχουν εγείρει ένα σημαντικό ερώτημα: αποτελούν τα κινητικά προβλήματα απλώς συνέπεια βλάβης στον εγκέφαλο ή μπορεί η νόσος Αλτσχάιμερ να επηρεάζει άμεσα και νεύρα σε άλλα σημεία του σώματος;

Για να το διερευνήσει, η ομάδα του UCF επικεντρώθηκε στην οικογενή νόσο Αλτσχάιμερ, μια σπάνια κληρονομική μορφή της νόσου που συνήθως εμφανίζεται νωρίτερα στη ζωή, μεταξύ 40 και 65 ετών, σε σύγκριση με τη συχνότερη μορφή.

Τα πειράματα έδειξαν ότι οι κινητικοί νευρώνες που έφεραν μεταλλάξεις συνδεδεμένες με την οικογενή νόσο Αλτσχάιμερ μπορούσαν να διαταράξουν τις συνδέσεις που ελέγχουν τους μύες, ακόμη και όταν στο πειραματικό σύστημα δεν υπήρχαν καθόλου εγκέφαλος και νωτιαίος μυελός.

Οι κινητικοί νευρώνες είναι εξειδικευμένα νευρικά κύτταρα που μεταφέρουν σήματα στους μύες, δίνοντάς τους εντολή να συσπαστούν και να προκαλέσουν κίνηση. Τα νέα ευρήματα υποδηλώνουν ότι οι μεταλλάξεις που σχετίζονται με το Αλτσχάιμερ μπορούν να διαταράξουν άμεσα αυτή τη διαδικασία, αντί να επηρεάζουν την κίνηση μόνο μέσω βλάβης στον εγκέφαλο.

«Είναι η πρώτη φορά που αποδεικνύεται ότι διαταραχές στο περιφερικό νευρικό σύστημα μπορούν να προκύψουν άμεσα από αυτές τις μεταλλάξεις», λέει ο Hickman. «Αυτό σημαίνει ότι τα φάρμακα που στοχεύουν στον εγκέφαλο μπορεί να μην αποκαθιστούν προβλήματα στο υπόλοιπο σώμα».

Το περιφερικό νευρικό σύστημα περιλαμβάνει τα νεύρα που βρίσκονται έξω από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό. Τα νεύρα αυτά μεταφέρουν σήματα ανάμεσα στο κεντρικό νευρικό σύστημα και το υπόλοιπο σώμα, συμβάλλοντας στον έλεγχο της κίνησης, της αισθητικότητας και άλλων βασικών λειτουργιών.

Η Guo επισημαίνει επίσης ότι η διατήρηση της ικανότητας κίνησης μπορεί να έχει οφέλη πέρα από τη σωματική υγεία. Η τακτική σωματική δραστηριότητα συνδέεται με καλύτερη γνωστική ευεξία, επομένως η προστασία της κινητικής λειτουργίας μπορεί να συμβάλει και στην υγεία του εγκεφάλου.

Πώς ένα μικροσκοπικό σύστημα ανθρώπινων κυττάρων οδήγησε στην ανακάλυψη

Για να εξετάσουν τη σχέση ανάμεσα στις μεταλλάξεις του Αλτσχάιμερ και την κίνηση των μυών, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια καινοτόμο εργαστηριακή πλατφόρμα, γνωστή ως τεχνολογία «άνθρωπος σε τσιπ».

Τα μικροσκοπικά αυτά συστήματα, που αναπτύχθηκαν και κατασκευάστηκαν από την Hesperos, εταιρεία που συνίδρυσε ο Hickman, συνδυάζουν διαφορετικούς τύπους ανθρώπινων κυττάρων σε ελεγχόμενες συνθήκες. Επιτρέπουν στους ερευνητές να αναπαραστήσουν συγκεκριμένες βιολογικές λειτουργίες και να παρατηρήσουν πώς τις επηρεάζουν οι ασθένειες.

Σε αντίθεση με τις συμβατικές εργαστηριακές μελέτες που εξετάζουν μεμονωμένα κύτταρα, τα συστήματα αυτά μπορούν να αναπαράγουν σημαντικές αλληλεπιδράσεις ανάμεσα σε διαφορετικούς ιστούς. Προσφέρουν επίσης μια εναλλακτική λύση στα ζωικά μοντέλα, τα οποία δεν αποτυπώνουν πάντα με ακρίβεια τη συμπεριφορά των ανθρώπινων ασθενειών.

Για τη συγκεκριμένη μελέτη, η ομάδα δημιούργησε ένα μικροσκοπικό μοντέλο της νευρομυϊκής σύναψης, δηλαδή του σημείου όπου ένας κινητικός νευρώνας επικοινωνεί με ένα μυϊκό κύτταρο.

Το μοντέλο σχεδιάστηκε σκόπιμα χωρίς εγκέφαλο ή νωτιαίο μυελό. Αυτό ήταν καθοριστικό για το πείραμα, καθώς επέτρεψε στους ερευνητές να εξετάσουν αν οι αλλαγές που σχετίζονται με το Αλτσχάιμερ μπορούν να προκαλέσουν κινητικά προβλήματα ανεξάρτητα από το κεντρικό νευρικό σύστημα.

Οι επιστήμονες συνδύασαν υγιή μυϊκά κύτταρα με κινητικούς νευρώνες που είχαν προκύψει από βλαστοκύτταρα και έφεραν γενετικές μεταλλάξεις συνδεδεμένες με την οικογενή νόσο Αλτσχάιμερ. Τα βλαστοκύτταρα μπορούν να εξελιχθούν σε εξειδικευμένους τύπους κυττάρων και αποτελούν πολύτιμο εργαλείο για τη μελέτη ανθρώπινων ασθενειών στο εργαστήριο.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν πόσο αποτελεσματικά επικοινωνούσαν τα τροποποιημένα νευρικά κύτταρα με τον κατά τα άλλα υγιή μυϊκό ιστό.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μεταλλάξεις που σχετίζονται με το Αλτσχάιμερ μπορούσαν να διαταράξουν τη φυσιολογική λειτουργία ανάμεσα στα νεύρα και τους μύες. Αυτό υποδηλώνει ότι τουλάχιστον ορισμένες κινητικές δυσκολίες που συνδέονται με τη νόσο μπορεί να προκύπτουν απευθείας στο περιφερικό νευρικό σύστημα και όχι να οφείλονται αποκλειστικά σε εκφύλιση του εγκεφάλου.

Πώς οι βλάβες στις νευρικές συνδέσεις επηρεάζουν το περπάτημα και την ισορροπία

Κάθε εκούσια κίνηση προϋποθέτει επιτυχή επικοινωνία ανάμεσα στο νευρικό σύστημα και τους μύες.

Στη νευρομυϊκή σύναψη, ένα ηλεκτρικό σήμα που διατρέχει τον κινητικό νευρώνα πυροδοτεί χημική επικοινωνία, η οποία προκαλεί τη σύσπαση του μυός. Η διαδικασία αυτή επιτρέπει καθημερινές δραστηριότητες, από το περπάτημα και τη διατήρηση της στάσης του σώματος μέχρι την ανύψωση αντικειμένων και τις κινήσεις ακριβείας.

Όταν η σύνδεση αυτή διαταράσσεται, οι μύες μπορεί να ανταποκρίνονται λιγότερο αποτελεσματικά στα νευρικά σήματα. Ανάλογα με τη σοβαρότητα και τη θέση του προβλήματος, αυτό μπορεί να συμβάλει σε αδυναμία, μειωμένο συντονισμό και δυσκολία στη διατήρηση της σωματικής δραστηριότητας.

Για να αξιολογήσει αυτές τις επιδράσεις, η ερευνητική ομάδα μέτρησε πόσο σταθερά τα νευρικά σήματα προκαλούσαν μυϊκές συσπάσεις και για πόσο διάστημα μπορούσαν οι μύες να συνεχίσουν να συσπώνται πριν κουραστούν.

Οι μετρήσεις αυτές έδωσαν άμεση εικόνα του πόσο καλά συνεργάζονταν τα νευρικά και τα μυϊκά κύτταρα. Παράλληλα, προσομοιάζουν ορισμένες πτυχές των λειτουργικών εξετάσεων που χρησιμοποιούν οι γιατροί κατά την αξιολόγηση ασθενών με κινητικές διαταραχές.

«Δεν μπορείς να κινηθείς αν δεν λειτουργεί το κινητικό κύκλωμα», λέει ο Hickman. «Όταν ο γιατρός χτυπά το γόνατό σας για να ελέγξει το αντανακλαστικό, δοκιμάζει ακριβώς αυτή τη σύνδεση».

Δείχνοντας ότι η επικοινωνία ανάμεσα στα νεύρα και τους μύες είναι μειωμένη σε ένα σύστημα χωρίς εγκέφαλο ή νωτιαίο μυελό, η μελέτη παρέχει ενδείξεις ότι οι μεταλλάξεις που συνδέονται με την οικογενή νόσο Αλτσχάιμερ μπορεί να έχουν επιπτώσεις πέρα από το κεντρικό νευρικό σύστημα.

Ωστόσο, τα πειράματα δεν αποδεικνύουν ότι αυτές οι αλλαγές εμφανίζονται απαραίτητα στους ασθενείς πριν από την απώλεια μνήμης. Θα χρειαστεί περαιτέρω έρευνα για να διαπιστωθεί πόσο πιστά αντανακλούν τα εργαστηριακά ευρήματα την εξέλιξη της νόσου Αλτσχάιμερ στους ανθρώπους, ιδιαίτερα σε όσους έχουν τις συχνότερες μορφές της.

Μπορεί η ανακάλυψη να οδηγήσει σε πρωιμότερη διάγνωση του Αλτσχάιμερ;

Τα ευρήματα υποδεικνύουν μια πιθανώς σημαντική νέα κατεύθυνση στην έρευνα για το Αλτσχάιμερ: τη διερεύνηση και άλλων συμπτωμάτων πέρα από την απώλεια μνήμης και τις υπόλοιπες γνωστικές δυσκολίες.

Αν μελλοντικές μελέτες επιβεβαιώσουν ότι οι αλλαγές στην κινητική λειτουργία μπορούν να εντοπιστούν νωρίς σε ορισμένους ασθενείς, εξετάσεις της βάδισης, του συντονισμού ή της δραστηριότητας ανάμεσα στα νεύρα και τους μύες ίσως βοηθήσουν κάποτε στον εντοπισμό αλλαγών που σχετίζονται με τη νόσο, πριν εμφανιστούν πιο εμφανή νευρολογικά συμπτώματα.

Τα αποτελέσματα εγείρουν επίσης ερωτήματα για τη θεραπεία. Πολλές θεραπείες για τη νόσο Αλτσχάιμερ έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίζουν διεργασίες στον εγκέφαλο, όμως φάρμακα που στοχεύουν στο κεντρικό νευρικό σύστημα δεν διορθώνουν κατ’ ανάγκη διαταραχές που επηρεάζουν τα περιφερικά νεύρα και τους μύες.

Η κατανόηση αυτών των διαφορετικών επιδράσεων θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να διερευνήσουν θεραπείες που προστατεύουν τη σωματική λειτουργία παράλληλα με τη γνωστική υγεία.

Η τεχνολογία «άνθρωπος σε τσιπ» μπορεί να αλλάξει την έρευνα για τις ασθένειες

Πέρα από τις πιθανές επιπτώσεις για το Αλτσχάιμερ, οι ερευνητές βλέπουν σημαντικές προοπτικές στη χρήση συστημάτων «άνθρωπος σε τσιπ» για τη διερεύνηση άλλων ασθενειών και την αξιολόγηση πιθανών θεραπειών.

Επειδή οι πλατφόρμες αυτές περιέχουν ανθρώπινα κύτταρα και αναπαράγουν μετρήσιμες βιολογικές δραστηριότητες, μπορούν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να παρατηρούν αλλαγές που σχετίζονται με ασθένειες σε συνθήκες οι οποίες προσεγγίζουν περισσότερο την ανθρώπινη φυσιολογία σε σύγκριση με ορισμένα συμβατικά πειραματικά μοντέλα.

Η προσέγγιση αυτή μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην ανάπτυξη φαρμάκων, καθώς οι ερευνητές χρειάζεται να κατανοούν όχι μόνο πώς επηρεάζει μια πιθανή θεραπεία μεμονωμένα κύτταρα, αλλά και πώς επιδρά στις αλληλεπιδράσεις διαφορετικών ιστών.

Τέτοια συστήματα μπορούν επίσης να αποκαλύψουν βιολογικές επιδράσεις που ίσως είναι δύσκολο να εντοπιστούν σε πειράματα με ζώα, βοηθώντας ενδεχομένως τους ερευνητές να αναγνωρίζουν νωρίτερα τόσο υποσχόμενες θεραπείες όσο και περιορισμούς κατά την ανάπτυξή τους.

Για τον Hickman, η πρόοδος αυτή αποτελεί την κατάληξη τριών δεκαετιών εργασίας, με στόχο τη μελέτη των ασθενειών μέσω πιο ρεαλιστικών εργαστηριακών μοντέλων.

«Αυτά τα συστήματα μάς επιτρέπουν να μελετάμε τις ασθένειες με τρόπο που προσεγγίζει περισσότερο όσα συμβαίνουν πραγματικά στο ανθρώπινο σώμα, και αυτό χρειαζόμαστε για να αναπτύξουμε καλύτερες θεραπείες», λέει.