Epilepsi, och de anfall som följer med den, kan ha ett genetiskt ursprung eller uppstå efter en hjärnskada eller stroke. Oavsett orsaken drabbar anfallen 50 miljoner människor världen över, och oroväckande 15 miljoner av dessa personer saknar effektiv behandling för sitt tillstånd. Dessutom har många tillgängliga behandlingar försvagande biverkningar som hindrar patienterna från att leva ett normalt liv.

Using Light to Quiet a Seizure

Jeanne Paz, PhD, biträdande utredare vid Gladstone Institutes, försöker ändra denna svåra verklighet. I en banbrytande studie som publicerades i Nature Neuroscience använde Paz ett kraftfullt forskningsverktyg som kallas optogenetik för att stoppa ett anfall så snart det börjar, vilket öppnar dörren för alternativa terapier.

Med optogenetik kan forskarna aktivera eller stänga av speciellt modifierade celler i hjärnan bara genom att lysa ett ljus i området. Även om denna teknik för närvarande endast är tillgänglig i djurmodeller ger den ett viktigt fönster in i hjärnan i allmänhet – den avslöjar vilka roller olika celler spelar och identifierar potentiella nya mål för läkemedelsbehandlingar hos människor.

I epilepsistudien använde Paz optogenetik i en musmodell för att stänga av de hyperaktiva hjärncellerna som orsakar anfall, så att anfallen blev kortvariga. För att göra detta använde hon en elektroencefalograf (EEG) för att upptäcka ett anfall så snart det började. EEG:n utlöste sedan en lampa som tändes i musens hjärna, vilket omedelbart blockerade cellernas onormala aktivitet.

”Detta var den första demonstrationen av att vi kunde stoppa ett anfall i realtid”, säger Paz. ”Genom att avbryta ett anfall när det börjar kan vi förhindra att det utvecklas och sprids till andra delar av hjärnan.”

Targeting Choke Points in the Brain

Dr Paz använde en annan unik metod i sin studie. I stället för att fokusera på den del av hjärnbarken där anfallet startade behandlade hon celler nedströms i ett område som kallas thalamus. Thalamus fungerar som en slags relästation i hjärnan, som tar emot input från cortex och projicerar signaler tillbaka ut till olika regioner. Dr Paz tror att thalamus kan fungera som en ”strypningspunkt” för kortikala anfall och att om man riktar in sig på detta område kan man stoppa den onormala hjärnaktiviteten innan den sprids vidare.

”Starten av ett anfall går otroligt snabbt och är nästan omöjlig att fånga upp”, förklarar Dr Paz. ”Men därifrån engagerar det ett storskaligt nätverk och många olika hjärnområden blir involverade. Så i stället för att fokusera på anfallets ursprung, som vi kanske inte kan identifiera i tid, föreslår vi att vi ska gå efter en strategisk punkt i nätverket – en strypningspunkt som kan stänga av den onormala aktiviteten.”

För närvarande testar dr Paz denna metod på kortikala epilepsier som beror på en traumatisk hjärnskada eller en stroke. Hon hoppas dock att choke point-teorin också kommer att visa sig vara fördelaktig vid epilepsi som har sitt ursprung i andra delar av hjärnan, som t.ex. temporallobsepilepsi, som är mer sannolikt att ha en genetisk orsak. Nästa steg är att hitta choke points för andra typer av anfallssjukdomar och se om de har samma kraftfulla effekt.

Även om det kan tyckas kontraintuitivt att behandla en frisk del av hjärnan, säger dr Paz att med optogenetik påverkas hjärnan bara när ett anfall inträffar. Detta minskar eventuella biverkningar av behandlingen. Däremot har anfallsmediciner både en kronisk och global inverkan på hjärnans funktion och påverkar nästan alla områden i hjärnan hela tiden. Detta kan leda till obehagliga biverkningar, såsom slöhet, yrsel och koncentrationssvårigheter.

”Det fina med optogenetik är att det inte finns någon negativ påverkan på normal hjärnaktivitet”, säger dr Paz. ”I vår musmodell påverkade terapin inte beteenden som att äta, sova eller röra sig på något sätt.”

Translating Basic Research into Treatments

Och även om optogenetik ännu inte är möjligt att använda på människor tror dr Paz att vi kanske kan använda liknande terapier som djup hjärnstimulering för att rikta in sig på ett specifikt område i realtid för att stoppa ett anfall. Dessutom kan insikterna från denna forskning också hjälpa forskarna att utveckla nya läkemedel som är mer selektiva för ett visst område eller en viss typ av hjärncell.

”Studier som använder optogenetik har kapacitet att ha en enorm inverkan på den translationella forskningen”, säger hon. ”Bättre epilepsibehandlingar kommer att förbättra livskvaliteten för miljontals människor”

.