Een van de potentieel levensveranderende bijwerkingen die patiënten ervaren na radiotherapie voor hersenkanker is cognitieve stoornissen. Onderzoekers geloven nu dat ze hebben vastgesteld waarom dit gebeurt en deze bevindingen kunnen de weg wijzen voor nieuwe therapieën om de hersenen te beschermen tegen schade veroorzaakt door straling.
De nieuwe studie – die verschijnt in het tijdschrift Scientific Reports – laat zien dat blootstelling aan straling een immuunreactie in de hersenen veroorzaakt die verbindingen tussen zenuwcellen verbreekt. Hoewel de rol van het immuunsysteem bij het hermodelleren van het complexe netwerk van verbindingen tussen neuronen normaal is in de gezonde hersenen, lijkt straling het proces in overdrive te brengen, resulterend in schade die verantwoordelijk kan zijn voor de cognitieve en geheugenproblemen waarmee patiënten vaak worden geconfronteerd na radiotherapie.
“De hersenen ondergaan een constant proces van zichzelf opnieuw bedraden en cellen in het immuunsysteem werken als tuiniers, waarbij ze de synapsen die neuronen verbinden zorgvuldig snoeien,” zei Kerry O’Banion, MD, Ph.D. , een professor aan de Universiteit van Rochester Del Monte Institute for Neuroscience en senior auteur van de studie die werd uitgevoerd bij muizen. “Wanneer ze worden blootgesteld aan straling, worden deze cellen overactief en vernietigen ze de knooppunten op zenuwcellen waardoor ze verbindingen met hun buren kunnen vormen.”
De dader is een cel in het immuunsysteem genaamd microglia. Deze cellen dienen als de schildwacht van de hersenen, zoeken naar infecties en vernietigen ze, en ruimen beschadigd weefsel op na een blessure. In de afgelopen jaren zijn wetenschappers begonnen met het begrijpen en waarderen van de rol van microglia in het voortdurende proces waarbij de netwerken en verbindingen tussen neuronen tijdens de ontwikkeling constant worden bedraad en opnieuw bedraad en ter ondersteuning van leren, geheugen, cognitie en sensorische functies.
Microglia interageren met neuronen op de synaps, het knooppunt waar het axon van het ene neuron verbinding maakt en met een ander communiceert. Synapsen zijn geclusterd op armen die zich uitstrekken vanaf het hoofdlichaam van de ontvangende neuron, dendrieten genoemd. Wanneer een verbinding niet langer nodig is, worden signalen verzonden in de vorm van eiwitten die microglia vertellen de synaps te vernietigen en de link met zijn buur te verwijderen.
In de nieuwe studie hebben onderzoekers de muizen blootgesteld aan straling die gelijk is aan de doses die patiënten ervaren tijdens hersenradiotherapie. Ze merkten op dat microglia in de hersenen werden geactiveerd en knooppunten verwijderden die het ene uiteinde van het synaptische knooppunt vormen – stekels genoemd – waardoor de cellen geen nieuwe verbindingen met andere neuronen konden maken. De microglia leken zich te richten op minder volwassen stekels, waarvan de onderzoekers speculeren dat dit belangrijk kan zijn voor het coderen van nieuwe herinneringen – een bevinding die de cognitieve problemen kan verklaren die veel patiënten ervaren. De onderzoekers merkten ook op dat de schade die in de hersenen werd aangetroffen na straling meer uitgesproken was bij mannelijke muizen.
Hoewel er de afgelopen jaren vooruitgang is geboekt in craniale radiotherapieprotocollen en technologie waarmee clinici tumoren beter kunnen richten en het gebied van de hersenen beperken dat wordt blootgesteld aan straling, tonen de resultaten van het onderzoek aan dat de hersenen een aanzienlijk risico lopen op schade tijdens therapie.
Het onderzoek wijst op twee mogelijke benaderingen die kunnen helpen schade aan zenuwcellen te voorkomen, waaronder het blokkeren van een receptor genaamd CR3 die verantwoordelijk is voor synapsverwijdering door microglia. Toen de CR3-receptor bij muizen werd onderdrukt, ondervonden de dieren geen synaptisch verlies bij blootstelling aan straling. Een andere benadering zou kunnen zijn om de immuunrespons van de hersenen te verminderen terwijl de persoon radiotherapie ondergaat om te voorkomen dat microglia overactief worden.
Aanvullende co-auteurs van de studie zijn Joshua Hinkle, John Olschowka, Tanzy Love en Jacqueline Williams van de University of Rochester Medical Center (URMC). Het onderzoek werd gefinancierd met steun van het National Institute of Allergy and Infectious Disease, NASA en het URMC Wilmot Cancer Institute.