Onderzoekers hebben een experimentele techniek ontwikkeld waarbij magnetische nanodeeltjes worden gebruikt om diepe hersenstructuren die een rol spelen bij de ziekte van Parkinson te stimuleren, zonder dat er permanent geïmplanteerde elektroden nodig zijn. In een preklinische studie leidde deze aanpak tot een aanzienlijke verbetering van bewegingsstoornissen bij muizen met Parkinson-achtige symptomen, waardoor een mogelijk alternatief ontstaat voor conventionele diepe hersenstimulatie (DBS).
Het internationale onderzoeksteam, onder leiding van wetenschappers van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), de RWTH Aachen University en de universiteiten van Maastricht en Leuven, heeft de bevindingen gepubliceerd in Advanced Science.
Magnetische stimulatie
De ziekte van Parkinson wordt veroorzaakt door het progressieve verlies van dopamineproducerende zenuwcellen, waardoor de hersencircuits die verantwoordelijk zijn voor beweging worden verstoord. Hoewel diepe hersenstimulatie bij bepaalde patiënten de symptomen kan verminderen, vereist de behandeling dat elektroden chirurgisch in de hersenen worden geïmplanteerd en worden aangesloten op een pulsgenerator die onder het sleutelbeen wordt geplaatst. Door het invasieve karakter van de ingreep komen niet alle patiënten in aanmerking voor de behandeling of zijn ze bereid deze te ondergaan.
De nieuw ontwikkelde methode moet een vergelijkbaar therapeutisch effect bereiken als elektrische stimulatie, maar dan met behulp van magnetische nanodeeltjes. Onderzoekers injecteerden speciaal ontworpen magnetische deeltjes in de subthalamische kern (STN), een hersengebied dat ook het primaire doelwit is van conventionele DBS.
In tegenstelling tot geïmplanteerde elektroden reageren de nanodeeltjes op extern aangelegde magnetische velden door minuscule mechanische krachten te genereren. Deze krachten vervormen de nabijgelegen celmembranen lichtjes, waardoor van nature voorkomende mechanogevoelige ionenkanalen worden geactiveerd. De resulterende ionenstroom verandert de neuronale activiteit zonder dat directe elektrische stimulatie nodig is.
Verbeterde motoriek
Om de aanpak te evalueren, gebruikten de onderzoekers een muismodel waarin hetzelfde type dopamineproducerende neuronen dat bij de ziekte van Parkinson is aangetast, was beschadigd, wat leidde tot bewegingsstoornissen die vergelijkbaar zijn met die bij patiënten.
Met behulp van stereotactische neurochirurgische technieken bracht het team de magnetische nanodeeltjes nauwkeurig in de subthalamische kern van de dieren aan. Na blootstelling aan een extern magnetisch veld vertoonden de behandelde muizen een significante verbetering in hun motoriek. Volgens de onderzoekers was het therapeutische effect vergelijkbaar met het niveau dat van conventionele diepe hersenstimulatie wordt verwacht.
De nanodeeltjes bleven gedurende een follow-upperiode van enkele maanden in de hersenen aanwezig zonder tekenen van ontsteking, wat erop wijst dat ze in het diermodel goed werden verdragen. Hoewel bemoedigend, blijven de bevindingen beperkt tot preklinisch onderzoek en zijn verdere studies nodig om de veiligheid, langetermijneffecten en effectiviteit bij mensen te evalueren.
Minder invasieve behandeling
Het onderzoeksteam onderzoekt nu manieren om de techniek nog minder invasief te maken. Een van de onderzochte mogelijkheden is de ontwikkeling van magnetische nanodeeltjes die, na toediening via de bloedbaan, de bloed-hersenbarrière kunnen passeren, waardoor directe injecties in de hersenen overbodig worden. Onderzoekers bestuderen ook draagbare apparaten die de benodigde magnetische velden buiten het lichaam kunnen opwekken. Mogelijke concepten zijn onder meer lichtgewicht hoofdbanden die patiënten zelfstandig kunnen gebruiken om de nanodeeltjes na de behandeling te activeren.
Dergelijke ontwikkelingen zijn nog enkele jaren verwijderd van mogelijke klinische toepassing. De wetenschappers zijn echter van mening dat de technologie op termijn een flexibeler en mogelijk goedkoper alternatief zou kunnen bieden voor geïmplanteerde hersenpacemakers. Omdat de stimulatie wordt geregeld door het externe magnetische veld aan te passen in plaats van via chirurgisch geïmplanteerde apparatuur, zouden de behandelingsparameters in de loop van de tijd mogelijk nauwkeuriger kunnen worden aangepast.
Naast het therapeutische potentieel kan de technologie neurowetenschappers ook een nieuw onderzoeksinstrument bieden om te bestuderen hoe kleine mechanische krachten de neuronale activiteit en hersenfunctie beïnvloeden. De auteurs suggereren dat dit zou kunnen bijdragen aan een breder begrip van neurologische aandoeningen en tegelijkertijd de ontwikkeling van toekomstige niet-elektrische neuromodulatiestrategieën zou kunnen ondersteunen.
Nieuwe behandelingsstrategie
Vorig jaar identificeerden onderzoekers van Northwestern Medicine een mogelijke strategie om de behandeling van de ziekte van Parkinson te verbeteren door zich te richten op abnormale leerprocessen in de hersenen die zich tijdens langdurige levodopa-therapie ontwikkelen. Uit het onderzoek bleek dat deze verstoorde mechanismen in het striatum bijdragen aan door levodopa veroorzaakte dyskinesie, de onwillekeurige bewegingen die vaak voorkomen in gevorderde stadia van de ziekte. In experimenten met een muismodel voor de ziekte van Parkinson ontdekten de onderzoekers dat veranderde interacties tussen dopamine en acetylcholine deze abnormale leerprocessen aansturen.
Door specifieke acetylcholine-receptoren genetisch en farmacologisch te blokkeren, konden ze de ernst van de dyskinesieën verminderen. De bevindingen wijzen op een mogelijke manier om de effectiviteit van levodopa te verlengen en tegelijkertijd de bijwerkingen ervan te beperken. Hoewel de resultaten gebaseerd zijn op preklinisch onderzoek, zou deze aanpak op termijn een minder ingrijpend alternatief kunnen bieden voor het verlagen van de medicatiedosering of het toevlucht nemen tot diepe hersenstimulatie.
