Terahertz-Bestrahlung verbessert die kognitiven Beeinträchtigungen und mildert die Alzheimer-Neuropathologie in der APPSWE/PS1DE9-Maus: Eine neuartige therapeutische Intervention für die Alzheimer-Krankheit.

Alzheimer ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch zunehmende Gedächtnisdefizite und kognitiven Leistungsabfall gekennzeichnet ist. Auf zellulärer bzw. histologischer Ebene ist Alzheimer durch Amyloid-ß (Aß)-Ablagerungen, Tau-Hyperphosphorylierung, erhöhtem oxidativem Stress, Neuroinflammation, mitochondrialer Dysfunktion, synaptischem Verlust und Neurodegeneration im Gehirn charakterisiert. Terahertz (THz)-Wellen besitzen eine hohe Druchdringungsfähigkeit für eine Vielzahl von Materialien und besitzen ein großes Potenzial im Bereich der Biotechnik. (Es ist angedacht zukünftig im Zuge der 6G-Drahtloskommunikation das D-Band mit einem Frequenzspektrum von 110-170 GHz zu nutzen, Anm. d. Redaktion). In der vorliegenden Studie untersuchten die Autoren die Auswirkungen von 0,14 THz-Wellen (140 GHz) auf die Neuropathologie von Alzheimer anhand des doppelt-transgenen Alzheimer-Mausmodells APPSWE/PS1DE9.

Die von der Strahlungsquelle emittierten THz-Wellen (0,14 THz) wurden in eine Hornantenne eingespeist und mit einer TPX-Linse gebündelt um einen Richtstrahl zu erhalten. Dieser wurde mit einem optischen Kabel auf die Stirn der Versuchstiere übertragen. Die endgültige Leistungsdichte betrug 25 mW/cm². Zunächst überprüften die Autoren die Schädel-Durchdringungsfähigkeit der THz-Wellen, sowie die gesundheitliche Unbedenklichkeit der gewählten Signalstärke an wildtypischen C57BL/6-Mäusen. Die darauffolgenden Experimente wurden am Alzheimer-Mausmodells APPSWE/PS1DE9 (AD) durchgeführt. Als Kontrolle dienten altersgleiche wildtypische (WT) Exemplare desselben Wurfes. Sowohl AD- als auch WT-Mäuse wurden in zwei Untergruppen mit je 18 Exemplaren (n = 18) unterteilt: WT-Kontrolle, WT-THz, AD-Kontrolle, AD-THz. Die Kontrollen wurden nicht befeldet. Die Befeldungsperiode betrug 3 Monate, vom 5ten bis zum 8ten Lebensmonat. Die Versuchstiere wurden 10 min pro Tag, 5 Tage die Woche über 12 Wochen befeldet. Die Autoren untersuchten Verhalten bzw. kognitive Funktion der AD-Mäuse mittels Y-Labyrinth (räumliches Lernen und Gedächtnis), Morris-Wasserlabyrinth (räumliches Lernen und Gedächtnis) und dem „Neuen-Arm-Erkundungstest“ (Erkundungsverhalten). Anschließend wurden die Gehirne der Mäuse mikroskopisch, enzymatisch-immmunadsorptiv, gelelektrophoretisch und immunohistochemisch analysiert. Hierbei wurden pathologische Kennzeichen von Alzheimer (Aß-Plaques, Tau-Hyperphosphorylierung), Marker für neuronaler Degeneration (NeuN, MAP-2, Synaptophysin), Marker für Neuroinflammation (Anzahl Mikroglia-Zellen und Astrozyten, pro-inflammatorische Cytokine) und Marker für mitochondriale Funktion (Morphologie, COX) untersucht.

Wie zu erwarten besaßen die 8-monatigen AD-Mäuse im Vergleich zu ihren wildtypischen Kontrollen signifikant verschlechterte Gedächtnisleistungen bzw. kognitive Fähigkeiten. Dies wurde in allen drei Verhaltenstests bestätigt. Bemerkenswerter Weise führte die Hochfrequenz-Befeldung zu signifikanten Verbesserungen der kognitiven Fähigkeiten bei den AD-Mäusen (AD-Kontrolle vs AD-THz). Bei den wildtypischen Mäusen war keine statistisch signifikante Auswirkung der Befeldung festzustellen. Im Vergleich der AD-Mäuse führte die Hochfrequenz nicht nur zu einer signifikanten Unterdrückung der Aß-Plaque-Bildung im Kortex und im Hippocampus, sondern auch zu signifikant niedrigeren Konzentrationen von Aß42, Aß40 oder löslichen neurotoxischen Aß-Oligomeren in Hirn-Homogenaten. Es wurden jedoch keine Hinweise auf eine erhöhte Aß-Aufnahme der Mikrogliazellen gefunden. Außerdem wurde im Vergleich der AD-Kontrolle zur AD-THz-Gruppe im Kortex, nicht jedoch im Hippocampus, signifikant weniger phosphoryliertes Tau-Protein (p-tau-231 und p-tau396) nach der Befeldung festgestellt. Im Vergleich zu den wildtypischen Kontrollen beobachteten die Autoren bei den AD-Kontrollen signifikante neuronale Degeneration in Form von signifikanten Verlusten von Neuronen und Dendriten. Dies wurde bei den AD-Mäusen durch Befeldung signifikant verbessert. Bei den wildtypischen Mäusen wurden keine signifikanten Veränderungen durch die Hochfrequenz beobachtet. Ein ähnliches Bild wurde auch bei der Neuroinflammation bzw. mitochondrialen Dysfunktion sichtbar. Im Vergleich AD-Kontrolle gegenüber Wildtyp-Kontrolle wurde signifikant erhöhte Neuroinflammation und mitochondriale Dysfunktion erkennbar. Dieser AD-Phänotyp wurde durch die Befeldung signifikant verbessert.

Die Daten der vorgelegten Studie weisen darauf hin, dass Hochfrequenz-Befeldung im sub-THz-Bereich (140 GHz) kognitive Defizite im Alzheimer-Kontext verbessern können. Es wurde eine verminderte Aß/Tau-Pathologie sowie eine Wiederherstellung von neuronalen Verlusten, Neuroinflammation und mitochondrialen Funktionen als Konsequenz der Befeldung festgestellt. Da keine erhöhte Mikroglia-Aktivität festgestellt werden konnte, hypothesieren die Wissenschaftler, dass die Hochfrequenz die Wasserstoffbrücken innerhalb der Aß-Fibrillen zerstören, und so die enge Konformation der ß-Faltblätter aufheben könnte.

Abseits dieses durchaus vielversprechenden therapeutischen Ansatzes zur Alzheimerbekämpfung mittels Hochfrequenz, weisen die Daten zusätzlich auf 2 weitere Faktoren hin: 1) sub-THz-Wellen sind imstande mit ~70% den Schädel zu durch- und damit ins Gehirn vorzudringen. 2) Es kann von einer biologischen, nicht-thermischen Wirkung von sub-THz-Feldern ausgegangen werden. Inwiefern diese auf einen physiologischen Organismus wirken müssen zukünftige Untersuchungen zeigen. In jedem Fall wurden die Mäuse mit einer geringen Hochfrequenzdauer (5 Tage die Woche, 10 min pro Tag) befeldet. Die Tatsache, dass die Ergebnisse auf eine Interaktion der Hochfrequenz mit Protein-Sekundärstrukturen hinweisen, ist jedoch als höchst bedenklich einzustufen. Als Therapeutikum für Alzheimer scheint sub-THz-Befeldung jedoch einen vielversprechenden Ansatz darzustellen, Anm. d. Redaktion). (RH)