Orta Florida Üniversitesi’ndeki (UCF) bilim insanları, Alzheimer hastalığıyla ilişkili genetik mutasyonların, beyin veya omurilikten bağımsız olarak bile kas hareketlerini kontrol eden sinirleri etkileyebileceğini keşfetti. Bu bulgular, Alzheimer hastalarının bazılarının, belirgin hafıza sorunları ortaya çıkmadan çok önce yürüme, denge veya koordinasyonlarında değişiklikler yaşamalarının nedenini açıklamaya yardımcı olabilir.

Bu keşif, hareket güçlüklerinin hastalığın daha erken uyarı işaretleri olabileceği ve yalnızca beyne odaklanan tedavilerin vücudun başka yerlerindeki önemli sorunları gözden kaçırabileceği olasılığını ortaya koymaktadır.

Araştırma, UCF Nanobilim Teknoloji Merkezi’nde profesör olan James Hickman ve araştırma profesörü Xiufang “Nadine” Guo liderliğinde, sağlık teknolojisi şirketi Hesperos’taki bilim insanlarıyla birlikte yürütüldü. Ulusal Sağlık Enstitüleri’nin Ulusal Yaşlanma Enstitüsü tarafından finanse edilen çalışma, kalıtsal Alzheimer mutasyonlarının hareketi nasıl etkilediğini araştırmak için insan hücrelerinden oluşturulmuş laboratuvar sistemleri kullandı. Bulgular, Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association dergisinde yayınlandı .

Guo, “Motor bozukluklar [Alzheimer’ın] erken bir belirtisi olabilir,” diyor. “Bu değişiklikleri tespit edip daha erken müdahale edebilirsek, merkezi sinir sistemi semptomlarının başlangıcını geciktirmeye yardımcı olabiliriz.”

Alzheimer belirtileri hafıza kaybından önce neden ortaya çıkabilir?

Alzheimer hastalığı genellikle ilerleyici hafıza kaybı, kafa karışıklığı ve bilişsel yeteneklerde azalma ile ilişkilendirilir. Bununla birlikte, doktorlar bazı hastaların, belirgin bilişsel zorluklar ortaya çıkmadan yıllar önce denge, koordinasyon ve yürüyüş (yürüme şekli) değişiklikleri de dahil olmak üzere fiziksel semptomlar geliştirdiğini de gözlemlemiştir.

Bu gözlemler önemli bir soruyu gündeme getirdi: Bu tür hareket problemleri sadece beyinde meydana gelen hasarın bir sonucu mu, yoksa Alzheimer hastalığı vücudun başka yerlerindeki sinirleri de doğrudan etkileyebilir mi?

Araştırma yapmak için UCF ekibi, hastalığın daha yaygın olan türüne göre genellikle daha erken yaşlarda (40 ila 65 yaşları arasında) ortaya çıkan nadir bir kalıtsal türü olan ailesel Alzheimer’a odaklandı.

Yaptıkları deneyler, ailesel Alzheimer hastalığıyla bağlantılı mutasyonlar taşıyan motor nöronların, beyin ve omurilik deney sisteminden tamamen çıkarıldığında bile, kasları kontrol eden bağlantıları bozabileceğini ortaya koydu.

Motor nöronlar, kaslara sinyal ileten ve kasların ne zaman kasılıp hareket üreteceğini bildiren özelleşmiş sinir hücreleridir. Yeni bulgular, Alzheimer mutasyonlarının, beyne verilen hasar yoluyla hareketi etkilemek yerine, bu süreci doğrudan etkileyebileceğini öne sürüyor.

Hickman, “Bu, periferik sinir sistemindeki bozuklukların doğrudan bu mutasyonlardan kaynaklanabileceğinin ilk kez gösterildiği bir durum” diyor. “Bu, beyni hedef alan ilaçların vücudun geri kalanındaki sorunları çözmeyebileceği anlamına geliyor.”

Çevresel sinir sistemi, beyin ve omuriliğin dışında bulunan sinirleri içerir. Bu sinirler, merkezi sinir sistemi ile vücudun geri kalanı arasında sinyaller taşıyarak hareket, duyusal algılama ve diğer temel işlevlerin kontrolüne yardımcı olur.

Guo ayrıca, hareket kabiliyetini korumanın fiziksel sağlığın ötesinde de faydaları olabileceğine dikkat çekiyor. Düzenli fiziksel aktivite, daha iyi bilişsel iyilik haliyle ilişkilendirilir; bu nedenle motor fonksiyonu korumak beyin sağlığını desteklemeye de yardımcı olabilir.

Miniatür bir insan hücresi sistemi bu keşfi nasıl ortaya çıkardı?

Bilim insanları, Alzheimer mutasyonları ile kas hareketi arasındaki ilişkiyi incelemek için “insan-çip üzerinde” teknolojisi olarak bilinen yenilikçi bir laboratuvar platformu kullandılar.

Hickman’ın kurucu ortaklarından olduğu Hesperos şirketi tarafından geliştirilen ve üretilen bu minyatür sistemler, farklı insan hücre tiplerini kontrollü koşullar altında bir araya getiriyor. Araştırmacılara belirli biyolojik işlevleri yeniden oluşturma ve hastalıkların bu işlevlere nasıl müdahale ettiğini gözlemleme olanağı sağlıyorlar.

İzole hücreleri inceleyen geleneksel laboratuvar deneylerinin aksine, bu sistemler farklı dokular arasındaki önemli etkileşimleri yeniden üretebilir. Ayrıca, insan hastalıklarının nasıl davrandığını her zaman doğru bir şekilde yansıtmayan hayvan modellerine bir alternatif sunarlar.

Bu çalışma için ekip, bir motor nöronun bir kas hücresiyle iletişim kurduğu bağlantı noktası olan nöromüsküler kavşağın minyatür bir modelini oluşturdu.

Model, kasıtlı olarak beyin veya omurilik içermeyecek şekilde tasarlandı. Bu, deneyin çok önemli bir parçasıydı çünkü araştırmacıların Alzheimer ile ilgili değişikliklerin merkezi sinir sisteminden bağımsız olarak hareket sorunlarına neden olup olamayacağını araştırmalarına olanak sağladı.

Bilim insanları, sağlıklı kas hücrelerini, ailesel Alzheimer hastalığıyla ilişkili genetik mutasyonlar taşıyan kök hücrelerden elde edilen motor nöronlarla birleştirdiler. Kök hücreler, özelleşmiş hücre tiplerine dönüşebilen hücrelerdir ve bu da onları laboratuvarda insan hastalıklarını incelemek için değerli araçlar haline getirir.

Araştırmacılar daha sonra, değişime uğramış sinir hücrelerinin sağlıklı kas dokusuyla ne kadar etkili bir şekilde iletişim kurduğunu incelediler.

Sonuçlar, Alzheimer hastalığıyla ilişkili mutasyonların normal sinir-kas fonksiyonunu bozabileceğini gösterdi. Bu, hastalığa bağlı hareket güçlüklerinin en azından bir kısmının, tamamen beyindeki dejenerasyondan kaynaklanmak yerine, doğrudan periferik sinir sisteminden kaynaklanabileceğini düşündürmektedir.

Hasarlı sinir bağlantılarının yürüme ve dengeyi neden etkileyebileceği

İstemli her hareket, sinir sistemi ile kaslar arasındaki başarılı iletişime bağlıdır.

Nöromüsküler kavşakta, bir motor nöron boyunca ilerleyen elektriksel bir sinyal, kasın kasılmasına neden olan kimyasal iletişimi tetikler. Bu süreç, yürüme ve duruşu korumadan nesneleri kaldırmaya ve hassas hareketler yapmaya kadar günlük aktiviteleri mümkün kılar.

Sinir bağlantısı bozulduğunda, kaslar sinir sinyallerine daha az etkili bir şekilde yanıt verebilir. Sorunun ciddiyetine ve yerine bağlı olarak, bu durum güçsüzlüğe, koordinasyon azalmasına ve fiziksel aktiviteyi sürdürmede zorluğa yol açabilir.

Bu etkileri değerlendirmek için araştırma ekibi, sinir sinyallerinin kas kasılmalarını ne kadar tutarlı bir şekilde ürettiğini ve kasların yorulmadan önce ne kadar süreyle kasılabildiğini ölçtü.

Bu ölçümler, sinir ve kas hücrelerinin birlikte ne kadar iyi çalıştığına dair doğrudan bir değerlendirme sağladı. Ayrıca, doktorların hareket bozukluğu olan hastaları muayene ederken kullandıkları fonksiyonel testlerin bazı yönlerine de benziyorlar.

Hickman, “Motor devresi çalışmadığı sürece hareket edemezsiniz,” diyor. “Bir doktor refleksinizi kontrol etmek için dizinize vurduğunda, tam olarak bu bağlantıyı test ediyor.”

Beyin veya omurilik içermeyen bir sistemde sinir-kas iletişiminin bozulduğunu göstererek, bu çalışma, ailesel Alzheimer hastalığıyla bağlantılı mutasyonların merkezi sinir sisteminin ötesinde etkiler yaratabileceğine dair kanıt sunmaktadır.

Ancak, deneyler bu değişikliklerin hastalarda hafıza kaybından önce mutlaka meydana geldiğini kanıtlamamaktadır. Laboratuvar bulgularının, özellikle hastalığın daha yaygın formlarına sahip kişilerde Alzheimer’ın ilerleyişini ne kadar doğru yansıttığını belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulacaktır.

Bu keşif Alzheimer hastalığının daha erken teşhis edilmesine yol açabilir mi?

Bulgular, Alzheimer araştırmaları için potansiyel olarak önemli yeni bir yönü işaret ediyor: hastalığı incelerken hafıza ve diğer bilişsel semptomların ötesine bakmak.

Gelecekte yapılacak çalışmalar, motor fonksiyonlardaki değişikliklerin belirli hastalarda erken dönemde tespit edilebildiğini doğrularsa, yürüme, koordinasyon veya sinir-kas aktivitesi testleri, daha belirgin nörolojik semptomlar gelişmeden önce hastalıkla ilgili değişiklikleri belirlemeye yardımcı olabilir.

Sonuçlar ayrıca tedaviyle ilgili soruları da gündeme getiriyor. Alzheimer tedavilerinin çoğu beyinde meydana gelen süreçleri ele almak üzere tasarlanmıştır, ancak merkezi sinir sistemini hedef alan ilaçlar, periferik sinirleri ve kasları etkileyen anormallikleri mutlaka düzeltmeyebilir.

Bu ayrı ayrı etkileri anlamak, araştırmacıların bilişsel sağlığın yanı sıra fiziksel işlevi de koruyan tedavileri araştırmalarına yardımcı olabilir.

İnsan-çip teknolojisi, hastalık araştırmalarında devrim yaratabilir.

Araştırmacılar, Alzheimer hastalığı üzerindeki etkilerinin ötesinde, insan-çip sistemlerinin diğer hastalıkları incelemek ve olası tedavileri değerlendirmek için de önemli bir potansiyele sahip olduğunu düşünüyorlar.

Bu platformlar insan hücreleri içerdiğinden ve ölçülebilir biyolojik aktiviteleri yeniden ürettiğinden, bilim insanlarının hastalıkla ilgili değişiklikleri, bazı geleneksel deneysel modellerden daha çok insan fizyolojisine benzeyen koşullarda gözlemlemelerine yardımcı olabilirler.

Bu yaklaşım, özellikle ilaç geliştirme alanında faydalı olabilir; zira araştırmacıların potansiyel bir tedavinin yalnızca tek tek hücreleri nasıl etkilediğini değil, aynı zamanda farklı dokular arasındaki etkileşimleri nasıl etkilediğini de anlamaları gerekir.

Bu tür sistemler, hayvan deneylerinde tespit edilmesi zor olabilecek biyolojik etkileri de ortaya çıkarabilir ve araştırmacıların umut vadeden tedavileri belirlemelerine ve geliştirmenin daha erken aşamalarındaki sınırlamaları fark etmelerine yardımcı olabilir.

Hickman’a göre bu ilerleme, hastalıkları daha gerçekçi laboratuvar modelleri aracılığıyla anlamaya adanmış otuz yıllık çalışmanın doruk noktasını temsil ediyor.

“Bu sistemler, hastalıkları insan vücudunda gerçekte neler olup bittiğine daha yakın bir şekilde incelememizi sağlıyor ve daha iyi tedaviler geliştirmek için de buna ihtiyacımız var,” diyor.