Wenn Forscher an der Stanford University School of Medicine angewendet lichtgetriebene Stimulation von Nervenzellenim Gehirn von Mäusen, die gelitten hatten Schlaganfälle einige Tage früher , zeigten die Mäuse deutlich größere Erholung der motorischen Fähigkeiten als Mäuse , die erfahrenen Schlägen hatte , aber deren Gehirne wurden nicht stimuliert.
Diese Ergebnisse, die in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften online veröffentlicht wurden , könnte dazu beitragen, wichtige Hirnschaltkreisen in Wiederherstellung nach Schlaganfall beteiligt und Platzanweiser in neue klinische Therapien für Schlaganfall, einschließlich der Platzierung der elektrischen Gehirnstimulationsvorrichtungenähnlich denen zur Behandlung von Parkinson-Krankheit , chronischem Schmerz und Epilepsie . Die Ergebnisse unterstreichen auch die neurowissenschaftlichen Fortschritte gemacht durch ein leistungsfähiges Forschungstechnik als Optogenetik bekannt möglich .
Schlaganfall, mit 15 Millionen neuen Opfern pro Jahr weltweit , ist der PlanetenzweitgrößteTodesursache laut Gary Steinberg, MD, PhD, Professor und Vorsitzender der Neurochirurgie und der leitende Autor der Studie. In den Vereinigten Staaten ist der Schlaganfall die größte Einzelursache für neurologische Behinderungen , die etwa 800.000 neuen Fällen pro Jahr - mehr als eine pro Minute - und anspruchsvoll eine jährliche Register von etwa 75 Milliarden Dollar im medizinischen Kosten und verlorene Produktivität.
Die einzige zugelassene Medikament für Schlaganfall in den Vereinigten Staaten ist ein injizierbares Medikament namens Gewebe-Plasminogen- Aktivator oder tPA . Wenn innerhalb von ein paar Stunden nach dem Schlaganfall infundiert , kann tPA das Ausmaß der Schlaganfall Schaden zu begrenzen. Aber nicht mehr als 5 Prozent der Patienten tatsächlich davon profitieren , vor allem, weil durch die Zeit, die sie in einem medizinischen Zentrum der Schaden ist bereits getan zu gelangen. Keine pharmakologische Therapie hat sich gezeigt, um die Erholung von Schlaganfall von diesem Punkt an zu verbessern.
Aber in dieser Studie - der Erste, der eine lichtgetriebene Stimulation Technologie namens Optogenetik , um Wiederherstellung nach Schlaganfall bei Mäusen zu erhöhen - die Reize gefördert Erholung , auch wenn initiiert fünf Tage nach Schlaganfall aufgetreten.
"In dieser Studie haben wir festgestellt , dass die direkte Stimulation einer bestimmten Gruppe von Nervenzellen im Gehirn - Nervenzellen im motorischen Kortex - konnte deutlich ihre Verwertung zu begünstigen ", so Steinberg, der Bernard und Ronni Lacroute - William Randolph Hearst Professor in Neurochirurgie und Neurowissenschaften .
Etwa sieben von acht Schlaganfälle sind ischämisch : Sie treten auf , wenn ein Blutgerinnsel schneidet Sauerstoffzufuhr zu der einen oder anderen Teil des Gehirns , zu zerstören Gewebe und verlassen Schwäche , Lähmungen und sensorische , kognitive und Sprachdefizitenach sich zieht . Ein gewisses Maß an Wiederherstellung möglich ist - das ist sehr unterschiedlich bei den Patienten in Abhängigkeit von vielen Faktoren, insbesondere Alter - es ist selten vollständig, und in der Regel zum Stillstand von drei Monaten nach dem Schlaganfall aufgetreten ist.
Tierstudien haben gezeigt, dass die elektrische Stimulation des Gehirns Genesung nach einem Schlaganfall zu verbessern. Jedoch " bestehende Gehirnstimulationstechnikenaktivieren alle Zelltypen im Stimulationsbereich , die nicht nur macht es schwierig, zu studieren, sondern können unerwünschte Nebenwirkungen haben ", sagte der Studie führen Autor, Michelle Cheng , PhD, wissenschaftliche Mitarbeiterin in Steinbergs Labor .
Für die neue Studie , die zum Einsatz der Stanford Forscher Optogenetik , eine Technologie, die von Co-Autor Karl Deisseroth , MD, PhD, Professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften und der Biotechnologie Pionierarbeit geleistet. Optogenetik beinhaltet ein lichtempfindliches Protein gezielt Gehirnzellen abzugeben. Bei der Belichtung mit Licht der richtigen Wellenlänge wird diese lichtempfindliche Protein aktiviert und bewirkt, dass die Zelle zu feuern.
Steinbergs Team selektiv exprimierten dieses Protein in primären motorischen Kortex des Gehirns , die bei der Regulierung der motorischen Funktionen beteiligt ist. Nervenzellen in diesem Rindenschicht zu senden Ausgänge zu vielen anderen Hirnregionen , darunter sein Gegenstück in gegenüberliegenden Hemisphäre des Gehirns . Verwendung einer optischen Faser in dem Bereich implantiert , die Forscher waren in der Lage, den primären Motorkortex der Nähe, wo der Hub stattgefunden zu stimulieren, und dann überwachen biochemischen Veränderungen und den Blutfluss dort ebenso wie in anderen Bereichen des Gehirns , mit der diese Region in Verbindung steht . "Wir wollten herausfinden, ob die Aktivierung dieser Nervenzellen allein kann zur Genesung beitragen zu finden", sagte Steinberg .
Durch verschiedene Verhaltensweisen , die Durchblutung und biochemische Maßnahmen , die Antwort zwei Wochen später war eine starke ja. Auf der einen Test der motorischen Koordination , Gleichgewicht und Muskelkraft , hatten die Mäuse , die Länge einer horizontalen Strahl um ihre Achse rotierende gehen, wie ein Drehspieß . Stroke hörigen Mäusen, deren primären motorischen Kortex wurde optogenetically stimuliert deutlich besser in wie weit sie auf dem Strahlen gehen konnte , ohne herunterzufallen und in der Geschwindigkeit ihrer Durchreise, im Vergleich zu ihren nicht-stimulierten Pendants.
Die gleiche Behandlung , um Mäuse verwendet, die nicht einen Schlaganfall , aber deren Gehirn war ähnlich genetisch veränderten gelitten hatte und dann stimuliert wie Schlaganfall betroffenen Mäuse Gehirne waren , hatte keinen Einfluss auf entweder der Ferne reisten entlang der Drehbalkenvor Herabfallen oder wie schnell sie ging . Dies legt nahe, es war Stimulation induzierten Reparatur von Schlaganfall Schaden , nicht die Stimulation selbst , wodurch die verbesserte Motorik .
Schlaganfall betroffenen Mäusen, deren Gehirne wurden optogenetically stimulierte auch wesentlich ihrer verlorene Gewicht wieder als nicht-stimulierten , Schlaganfall betroffenen Mäusen. Darüber hinaus stimuliert nach Schlaganfall Mäuse zeigten eine verbesserte Durchblutung im Gehirn im Vergleich zu nicht-stimulierten nach Schlaganfall Mäusen.
Außerdem Substanzen, sogenannte Wachstumsfaktoren, natürlich im Gehirn produziert , waren häufiger in den wichtigsten Regionen auf beiden Seiten des Gehirns in optogenetically stimuliert , Schlaganfall betroffenen Mäuse als in ihren nicht-stimulierten Pendants. Ebenso bestimmten Hirnregionen dieser optogenetically angeregt , nach Schlaganfall Mäuse zeigten eine erhöhte Mengen an Proteinen mit erhöhter Fähigkeit von Nervenzellen , um ihre strukturellen Eigenschaften als Reaktion auf Erfahrungen verändern verbunden - zum Beispiel, die Praxis und das Lernen. ( Optogenetische Stimulation von den Gehirnen von nicht- Hub Mäusen keine solchen Wirkungen . )
Steinberg sagte, sein Labor ist das Follow-up , um festzustellen , ob die Verbesserung ist auf lange Sicht aufrechterhalten . "Wir sind auch auf der Suche nach, ob optogenetically anregende anderen Hirnregionen nach einem Schlaganfall könnten genauso oder noch wirksam zu sein, " sagte er. "Ziel ist es , die genauen Schaltungen, die nach ihrer Eignung für Eingriffe in das menschliche Gehirn nach Schlaganfall nützlich sein können , so dass wir diesen Ansatz in die klinische Erprobung zu nehmen. "