Heilinn er vandlega víggirt virki. Meðfram alls 600 km löngum æðum stendur varnarveggur sem nefnist blóð/heila-múrinn. Hann er gerður úr þremur frumulögum og því sem næst ógerlegt er að komast í gegnum hann. Einungis súrefni, næring og örfá önnur efni fá að fara úr blóðinu og að frumum heilans. Bakteríum og veirum er haldið frá af mikilli staðfestu.
Í einstöku tilvikum tekst örverum þó að þrengja sér inn í heilann en þær lenda þá umsvifalaust á varnarliði heilans, ónæmisfrumum sem kallast örtróð eða microglia. Þessar frumur þekkja innrásarörverurnar, gleypa þær og brjóta niður.
En séu örverurnar of margar á heilinn þó eina vörn eftir. Taugfrumurnar gefa frá sér efnið beta-amyloid sem vefur sig um örverurnar og drepur þær.
Prótín kæfir innrás
Efnið beta-amyloid hefur í áratugi verið þekkt sem sjúkdómsvaldandi plága. Nú hafa vísindamenn uppgötvað að efnið er í raun mikilvægur hluti af vörnum heilans gegn örverum.
Taugafrumur losa prótín
Bakteríur eða veirur sem komast inn í heilann valda því að taugafrumurnar klippa eitt af prótínum sínum í búta og losa bútana út í umhverfið. Bútarnir kallast beta-amyloid.
Efnið kæfir örveruna
Beta-amyloid vefur sig um bakteríuna eða veiruna og myndar smám saman hylki utan um hana, þannig að hún nær ekki að festa sig við frumur heilans.
Bakterían drepst
Beta-amyloid-hylkið drepur frumuna sennilega með því að mynda í henni eiturefni ásamt því að gata frumuhimnu hennar.
Varnarviðbúnaður heilans tryggir viðkvæmum taugafrumum bestu mögulegu varnir. En jafnvel bestu varnir duga ekki alltaf til. Innrásarliðið getur náð fótfestu í heilanum, eitrað hann og snúið sjálfu vopnabúri heilans gegn honum sjálfum. Afraksturinn verður þá sá að heilavefurinn brotnar smám saman niður.
Tilraun sem gerð var árið 2019, sýndi að það er nákvæmlega þetta sem gerist í heila Alzheimersjúklinga. Jafnframt tókst að bera kennsl á innrásarbakteríuna sem reyndist vera sú baktería sem veldur tannholdsbólgum. Fyrir bragðið er nú á leiðinni lyf sem í fyrsta sinn á að geta stöðvað framgang þessa illskeytta sjúkdóms.
Stöðug leit að orsök Alzheimers
Meira en 30 milljónir þjást af Alzheimer, talið á heimsvísu og sú tala mun væntanlega þrefaldast á fáeinum áratugum í takt við hækkandi aldur. Nú er ekki til nein lækning og engin lyf sem geta stöðvað framrás sjúkdómsins.
Alzheimer leggst á minnið og hæfnina til að leysa úr vandamálum og sjúkdómurinn getur líka breytt skaplyndi og persónuleika. Yfirleitt birtast fyrstu einkennin ekki fyrr en eftir sextugt en það er þó til að miklu yngra fólk fái sjúkdóminn.
Myndband: Þannig eyðileggur Alzheimer heilann
Áratugum saman hafa vísindamenn rannsakað sjúkdóminn og þeir hafa fengið fjölmörgum spurningum svarað. Í fyrsta lagi sýna heilaskannanir að mörg svæði heilans hafa dregist saman miðað við það sem eðlilegt er – einkum þó drekinn sem gegnir stóru hlutverki varðandi minnið.
Í öðru lagi tengist sjúkdómurinn breytingum á prótínum heilans. Snemma á sjúkdómsferlinu tekur hið svonefnda tá-prótín að falla saman í taugafrumunum.
Tá-prótínið er mikilvægur hluti af stoðkerfi frumnanna og þegar það aflagast, eyðileggur það byggingarlag frumnanna og um leið hæfni þeirra til að skiptast á taugaboðum. Að lokum deyja þessar frumur.
Annað prótín, beta-amyloid, gegnir einnig stóru hlutverki. Almennt gefa heilafrumurnar ekki frá sér nema sáralítið af þessu efni og það magn er einfaldlega hreinsað burtu með öðrum óhreinindum meðan fólk sefur. Í Alzheimersjúklingum er hins vegar að finna mikið af efninu og það klumpar sig saman í svonefnda plakka sem eru taugafrumunum hættulegir.
Stóra spurningin er nú hvað valdi þessu og vísindamenn hafa nú trúlega fundið svarið.
Heilinn skaðast í sjálfsvörn
Tengingin milli beta-amyloids og Alzheimers hefur verið þekkt síðan á níunda áratugnum. Æ síðan hafa vísindamenn reynt að gera sér grein fyrir hlutverki prótínsins til að öðlast skilning á því hvað leysi þessa miklu uppsöfnun úr læðingi. En það var ekki fyrr en á síðustu árum sem menn hafa komist í námunda við lausn þeirrar gátu.
Árið 2010 sýndu bandarískir og sænskir vísindamenn fram á að beta-amyloid stöðvar vöxt bæði baktería og sveppa í petriskálum. Nokkrum árum síðar kom í ljós að prótínið heftir líka hæfni bæði inflúensu- og herpesveiru til að sýkja frumur.
Og 2016 tókst bandarískum og áströlskum vísindamönnum að sýna fram á að í músarheila valda bakteríur losun beta-amyloids og að efnið bindur sig við bakteríurnar. Að samanlögðu sýna niðurstöðurnar að prótínið gegnir mikilsverðu hlutverki við að verja heilann gegn örverum.
Beta-amyloid myndar langa þræði sem líma örverur saman og koma í veg fyrir að þær ráðist á frumurnar.
Hlutverk beta-amyloids gæti sem best hafa lyft huliðshjálminum af orsök Alzheimers. Margir vísindamenn telja nú að uppsöfnun prótínsins í heila sé bein afleiðing af innrás bakteríu eða veiru í heilann.
Innrásin kemur taugafrumunum til að losa beta-amyloid í sjálfsvörn en ef innrásin stendur yfir árum saman, hrannast prótínið upp og tekur að valda skaða á heilanum sjálfum.
Uppgötvunin kemur heim og saman við fyrri rannsóknir, þar sem m.a. hefur komið í ljós að sýking herpesveiru eykur hættu á þróun Alzheimers hjá fólki með stökkbreytingu í geninu APOE – geni sem gegnir mikilvægu hlutverki í baráttu ónæmiskerfisins við örverur – og að mikið er af þessari veiru í plökkunum sem beta-amyloid myndar í heila Alzheimersjúklinga.
Og 2019 kom svo enn ein stóruppgötvunin. Fjölþjóðlegum hópi vísindamanna, með bandaríska lækninn Stephen Dominy í broddi fylkingar, tókst að kortleggja í smáatriðum alla leiðina frá sýkingu til Alzheimerástands í músum.
En þeir beindu ekki sjónum að herpesveirunni. Þess í stað fundu þeir aðra örveru sem greinilega tengdist Alzheimer – bakteríu sem yfirleitt ræðst á tannholdið.
Bakterían drepur taugafrumur
Porphyromonas gingivalis – þessi litla baktería gæti fljótlega orðið að óvini númer eitt í baráttu vísindamanna við Alzheimer. Bakterían hefur lengi verið þekkt, því hún er ein helsta orsök tannholdsbólgu, sýkingar sem allt að helmingur jarðarbúa þarf að glíma við. Bakterían er einnig til staðar í munni um 25% fólks án þess að tannholdsbólgu verði vart.
Bakterían Porphyromonas gingivalis getur valdið blæðingum í tannholdi og líka tannlosi
Áður hefur fundist fylgni milli tannholdsbólgu og Alzheimers. Í rannsókn frá árinu 2017 kom í ljós að viðvarandi tannholdsbólga getur aukið líkur á Alzheimer um 70% en hitt hefur ekki tekist að sanna; að bólgan sé bein orsök Alzheimers.
En það hefur Stephen Dominy og félögum nú tekist.
Hópurinn komst fyrst að því að í heilum úr Alzheimersjúklingum var verulega miklu meira af eiturefnum tannholdsbakteríunnar sem nefnast „gingipaín“ en í heilum úr heilbrigðum. Þó var þessi efni einnig að finna í heilbrigðu heilunum en mun minna magn.
Við nánari skoðun sáu vísindamennirnir að gingipaín-efnin voru m.a. í minnisstöðinni drekanum og heilaberkinum og þéttni þeirra var mikil þar sem plakkar tá-prótíns og beta-amyloids höfðu myndast.
Eiturefnin eyðilögðu heilbrigð tá-prótín sem einkennir eitt af fyrstu stigum í þróun Alzheimers. Eitrið drap líka taugafrumur, bæði í petriskálum og heila músa.
Vísindamennirnir settu nú bakteríuna í munn músa og uppgötvuðu að hún náði til heilans á sex vikum. Þar leiddi hún af sér uppsöfnun beta-amyloids og missi taugafrumna í drekanum.
Tannholdsbaktería ræðst á heilann
Bakterían sem veldur tannholdsbólgum getur komist í heilann og gerist það getur hún skaðað heilafrumurnar alvarlega.
Bakterían berst úr munni
Bakterían Porphyromonas gingivalis myndar eiturefnið gingipaín. Sumar eitursameindir sitja á yfirborði bakteríunnar en aðrar dreifast um umhverfið. Þetta eru ensím sem geta brotið niður vef og m.a. skaddað tannholdið. Veiklað tannhold opnar leið inn í blóðrásina og bakterían getur borist um líkamann.
Eitrið skaddar byggingu taugafrumu
Bakterían berst inn í heilann og eiturefnin ráðast gegn taugafrumum þar sem þau brjóta niður tá-prótín inni í frumunum. Tá-prótínin halda fastri stoðgrind frumunnar og án þeirra aflagast fruman og hæfnin til boðskipta hverfur. Að lokum deyja taugafrumurnar.
Vörnin drepur frumur
Taugafrumurnar losa beta-amyloid til að verja sig. Standi árásin lengi getur beta-amyloid snúið sér að frumunum sjálfum og gatað frumuhimnuna.
Að samanlögðu sýna þessar niðurstöður best undirbyggðu tengslin hingað til milli árásar örveru og þróunar Alzheimers.
Dominy og félagar hafa þegar stigið einu skrefi lengra og þróað efni sem er fært um að hamla gegn eiturefnunum og drepa bakteríurnar.
Nýtt efni reynt á sjúklingum
Í leit sinni að lækningu á Alzheimer hafa vísindamenn áratugum saman einblínt á beta-amyloid.
Árið 2002 var gerð tilraun með bóluefni sem átti að fá ónæmiskerfi sjúklingsins til að ráðast gegn uppsöfnun beta-amyloids. Þeirri tilraun þurfti að hætta vegna alvarlegra aukaverkana.
Hið sama gerðist 2011 þegar prófað var efni sem hamlar gegn myndun beta-amyloids. Aðrar tilraunir til að ráðast gegn þessu prótíni hafa líka mistekist þar eð þær höfðu ekki tilætluð áhrif.
Vísindamenn hafa enn ekki gefið upp á bátinn hugmyndir sínar um að ráðast gegn þessu prótíni en margir telja það nú ranga stefnu.
Vaxandi fjöldi uppgötvana sem sýna tengsl milla örvera og Alzheimers beina nú athyglinni fremur að örverum og Stephen Dominy og hópur hans eru þar í fararbroddi.
Lyf á að stöðva eiturefni
Tannholdsbakterían er hinn nýi óvinur í baráttunni við Alzheimer og vísindamenn hafa þegar þróað móteitur gegn þessum örverum. Það gæti í fyrsta sinn gert mögulegt að hægja á dauða heilafrumna í Alzheimersjúklingum.
Móteitur berst í heilann
Sjúklingurinn gleypir hylki með efninu COR388 sem leysist upp í þörmunum og berst í blóðrásina. Þaðan berst það í heilann, þar eð efnið er fært um að komast í gegnum hinn svonefnda blóð-heila-vegg og komast inn í hinn sýkta heila.
Taugafrumur skaddast ekki
COR388 (bláar kúlur) bindur sig við eiturefnin (rauðar kúlur) sem bakterían Porphyromonas gingivalis myndar. Þannig kemur lyfið í veg fyrir að eitrið brjóti niður tá-prótín frumunnar. Þær lifa því áfram og halda áfram boðskiptum sínum.
Lyfið sveltir bakteríuna
Bakterían notar eiturefnin til að brjóta niður prótín (grænt) í grennd við sig til að ná til sín járni og amínósýrum.
Lyfið sveltir bakteríuna
COR388 kemur í veg fyrir þetta og lyfið útilokar þannig bakteríuna frá lífsnauðsynlegum næringarefnum.
Bólgur hverfa úr heilanum
Bakteríurnar drepast úr sulti og bólguástand í heilanum hverfur. Taugafrumurnar hætta að losa beta-amyloid og þar með hægir mjög á skaðlegri plakkamyndun.
Lyf á að stöðva eiturefni
Tannholdsbakterían er hinn nýi óvinur í baráttunni við Alzheimer og vísindamenn hafa þegar þróað móteitur gegn þessum örverum. Það gæti í fyrsta sinn gert mögulegt að hægja á dauða heilafrumna í Alzheimersjúklingum.
Móteitur berst í heilann
Sjúklingurinn gleypir hylki með efninu COR388 sem leysist upp í þörmunum og berst í blóðrásina. Þaðan berst það í heilann, þar eð efnið er fært um að komast í gegnum hinn svonefnda blóð-heila-vegg og komast inn í hinn sýkta heila.
Taugafrumur skaddast ekki
COR388 (bláar kúlúr) bindur sig við eiturefnin (rauðar kúlur) sem bakterían Porphyromonas gingivalis myndar. Þannig kemur lyfið í veg fyrir að eitrið brjóti niður tá-prótín frumunnar. Þær lifa því áfram og halda áfram boðskiptum sínum.
Lyfið sveltir bakteríuna
Bakterían notar eiturefnin til að brjóta niður prótín (grænt) í grennd við sig til að ná til sín járni og amínósýrum.
Lyfið sveltir bakteríuna
Bakterían notar eiturefnin til að brjóta niður prótín (grænt) í grennd við sig til að ná til sín járni og amínósýrum.
Bólgur hverfa úr heilanum
Bakteríurnar drepast úr sulti og bólguástand í heilanum hverfur. Taugafrumurnar hætta að losa beta-amyloid og þar með hægir mjög á skaðlegri plakkamyndun.
Hópurinn hefur þróað efnið COR388 sem bindur sig við eiturefni tannholdsbakteríunnar og gerir þau óvirk.
Tilraunir hópsins sýna að efni sem líkjast COR388 hindra að bakterían geti drepið taugafrumur í petriskálum, auk þess sem efnin hamla gegn fjölgun bakteríunnar – líklega vegna þess að bakterían notar eiturefnin til að brjóta niður eigin fæðu. Séu eiturefnin gerð óvirk getur bakterían heldur ekki dreift sér úr munni upp í heila.
Í músum með sýktan heila fækkaði COR388 og svipuð efni bakteríum í heilanum, komu í veg fyrir missi taugafrumna í drekanum og hægði á uppsöfnun beta-amyloids.
Því fer fjarri að allar Alzheimergátur séu ráðnar en þessi uppgötvun veitir ástæðu til bjartsýni. COR388 hefur reynst án alvarlegra aukaverkana í mönnum og er nú prófað á meira en 500 Alzheimersjúklingum.
