Epilepsie, en de aanvallen die ermee gepaard gaan, kunnen een genetische oorsprong hebben of ontstaan na een hersenletsel of beroerte. Wat de oorzaak ook is, wereldwijd lijden 50 miljoen mensen aan epilepsie, en een alarmerende 15 miljoen van deze mensen heeft geen effectieve behandeling voor hun aandoening. Bovendien hebben veel beschikbare therapieën slopende bijwerkingen die patiënten ervan weerhouden een normaal leven te leiden.

Using Light to Quiet a Seizure

Jeanne Paz, PhD, een assistent-onderzoeker bij de Gladstone Institutes, probeert deze moeilijke realiteit te veranderen. In een baanbrekende studie gepubliceerd in Nature Neuroscience, gebruikte Dr. Paz een krachtig onderzoeksinstrument genaamd optogenetica om een aanval te stoppen zodra deze begint, wat de deur opent voor alternatieve therapieën.

Met optogenetica kunnen wetenschappers speciaal gemodificeerde cellen in de hersenen in- of uitschakelen door alleen maar met een licht in het gebied te schijnen. Hoewel deze techniek momenteel alleen beschikbaar is in diermodellen, biedt het een belangrijk venster op de hersenen in het algemeen – het onthult de rollen die verschillende cellen spelen en identificeert potentiële nieuwe doelen voor medicamenteuze behandelingen bij mensen.

In de epilepsiestudie gebruikte Dr. Paz optogenetica in een muismodel om de hyperactieve hersencellen die aanvallen veroorzaken het zwijgen op te leggen, waardoor de aanvallen kort werden. Om dit te doen, gebruikte ze een elektro-encefalograaf (EEG) om een aanval te detecteren zodra deze begon. Het EEG activeerde vervolgens een licht om aan te gaan in de hersenen van de muis, waardoor de abnormale activiteit van de cellen onmiddellijk werd geblokkeerd.

“Dit was de eerste demonstratie dat we een aanval in real time konden stoppen,” zegt Dr. Paz. “Door een aanval te onderbreken op het moment dat deze begint, kunnen we voorkomen dat deze zich ontwikkelt en zich verspreidt naar andere delen van de hersenen.”

Targeting Choke Points in the Brain

Dr. Paz gebruikte een andere unieke benadering in haar studie. In plaats van zich te richten op het deel van de cortex waar de aanval begon, behandelde zij cellen stroomafwaarts in een gebied dat de thalamus wordt genoemd. De thalamus fungeert als een soort relaisstation in de hersenen, ontvangt input van de cortex en projecteert signalen terug naar verschillende regio’s. Dr. Paz denkt dat de thalamus kan dienen als een “choke point” voor corticale aanvallen en dat het richten op dit gebied abnormale hersenactiviteit kan stoppen voordat het zich verder verspreidt.

“Het begin van een aanval is ongelooflijk snel en bijna onmogelijk om te vangen,” legt Dr. Paz uit. “Maar vanaf dat punt wordt een grootschalig netwerk ingeschakeld, waarbij veel verschillende hersengebieden betrokken raken. Dus in plaats van ons te richten op de oorsprong van de aanval, die we misschien niet op tijd kunnen identificeren, stellen wij voor ons te richten op een strategisch punt in het netwerk – een choke point dat de abnormale activiteit kan afsnijden.”

Momenteel test Dr. Paz deze methode bij corticale epilepsieën die het gevolg zijn van een traumatisch hersenletsel of een beroerte. Ze hoopt echter dat de choke point theorie ook nuttig zal blijken bij epilepsie die zijn oorsprong vindt in andere delen van de hersenen, zoals temporale kwab epilepsie, die waarschijnlijk een genetische oorzaak heeft. De volgende stap is om choke points te vinden voor andere soorten epilepsie en te zien of ze hetzelfde krachtige effect hebben.

Hoewel het contra-intuïtief lijkt om een gezond deel van de hersenen te behandelen, zegt Dr. Paz dat met optogenetica de hersenen alleen worden beïnvloed wanneer er een aanval plaatsvindt. Dit vermindert de mogelijke bijwerkingen van de behandeling. In tegenstelling hiermee hebben toevalmedicijnen zowel een chronische als een globale impact op de hersenfunctie, waarbij bijna alle gebieden van de hersenen continu worden beïnvloed. Dit kan leiden tot onaangename bijwerkingen, zoals lusteloosheid, duizeligheid en concentratieproblemen.

“Het mooie van optogenetica is dat er geen negatieve invloed is op de normale hersenactiviteit,” zegt Dr. Paz. “In ons muismodel had de therapie geen enkele invloed op gedragingen zoals eten, slapen of bewegen.”

Translating Basic Research into Treatments

Hoewel optogenetica nog niet mogelijk is bij mensen, gelooft Dr. Paz dat we misschien in staat zijn om soortgelijke therapieën zoals diepe hersenstimulatie te gebruiken om een specifiek gebied in real time aan te pakken om een aanval te stoppen. Bovendien kunnen de inzichten die dit onderzoek oplevert wetenschappers ook helpen nieuwe medicijnen te ontwikkelen die selectiever zijn voor een bepaald gebied of type hersencel.

“Studies die gebruik maken van optogenetica hebben de capaciteit om een enorme impact te hebben op translationeel onderzoek,” zegt ze. “Betere epilepsiebehandelingen zullen de kwaliteit van leven voor miljoenen mensen verbeteren.”