Licht als behandeling voor epilepsie
Stel je raakt betrokken in een verkeersongeval en loopt een hersentrauma op. Later ondervindt je tijdelijke veranderingen of verlies van je bewustzijn, met vaak ook verlies van controle over bepaalde spieren. Je gaat op controle bij de dokter met deze symptomen en vervolgens wordt je doorverwezen naar de neuroloog in het ziekenhuis. Daar krijg je de volgende diagnose: epilepsie, wat in de volksmond ook wel de vallende ziekte wordt genoemd. Elk jaar krijgen in Vlaanderen zo’n 3500 mensen deze diagnose te horen.
Epilepsie is een ernstige chronische hersenaandoening, die minstens 65 miljoen mensen ter wereld of zo’n 1% van de wereldbevolking treft. In België lijden zo’n 65000 personen aan epilepsie. De ziekte wordt gekenmerkt door herhaalde spontane epileptische aanvallen, waarbij zich een soort elektrische kortsluiting in de hersenen voordoet. Een epilepsieaanval gaat gepaard met verstoringen in het gedrag, bewustzijn of zelfs hallucinaties en kan onder andere veroorzaakt worden door trauma’s, infecties of hersentumoren.
Net zoals het scala aan oorzaken, bestaan er ook verschillende behandelingen om deze aandoening te behandelen. De meeste epilepsiepatiënten kunnen geholpen worden met medicatie. Maar bij één op drie patiënten werken deze pillen niet of de patiënten ondervinden te veel bijwerkingen. Deze mensen lijden aan refractaire of moeilijk behandelbare epilepsie. Alternatieve behandelingen, zoals epilepsie-chirurgie (verwijderen van het deel van de hersenen die de epilepsie veroorzaakt) of elektrische stimulatie van zenuwen kunnen soms toegepast worden, maar deze zijn niet altijd mogelijk doordat bepaalde delen van de hersenen die bijvoorbeeld instaan voor spraak niet kunnen weggehaald worden. Ook hebben deze alternatieve behandelingen niet altijd het gewenste effect. Hierdoor is het dus noodzakelijk om nieuwe therapieën te ontwikkelen.
Nieuwe techniek kan voor verandering zorgen
Optogenetica is een recente techniek dat als nieuwe behandelingsmethode zou kunnen gebruikt worden voor refractaire epilepsiepatiënten. Deze techniek maakt het mogelijk om met licht de activiteit van zenuwcellen (neuronen) te regelen, die bij een te hoge synchrone activiteit in de hersenen zorgen voor een elektrische kortsluiting gevolgd door een epilepsieaanval. Hiervoor moeten lichtgevoelige eiwitten worden geïnjecteerd in de hersenen, waardoor neuronen in de hersenen genetisch gemanipuleerd worden en ze gevoelig worden aan licht. Daarna moet licht afgeleverd worden aan het lichtgevoelig hersenweefsel om de activiteit van de neuronen te kunnen regelen. Dit gebeurt meestal door een optische vezel (vezel dat licht kan geleiden), gekoppeld aan een lichtbron, te implanteren in de hersenen door middel van een open-hersenoperatie. Dit is echter een struikelblok om de techniek in de kliniek toe te passen, doordat er een infectie of schade aan het hersenweefsel zou kunnen optreden. Het plaatsen van deze optische vezel in een bloedvat in de hersenen zou een oplossing kunnen bieden om dit tegen te gaan. Hiermee kan dan ook licht afgeleverd worden aan het lichtgevoelig hersenweefsel door het bloedvat. Dit wordt dan transvasculaire optogenetica genoemd.
Het doel van deze thesis was te onderzoeken of dat de activiteit van genetisch gemanipuleerde neuronen net naast het bloedvat kan geregeld worden door middel van transvasculaire optogenetica. Hiervoor werden ratjes gebruikt die twee operaties ondergingen. In een eerste operatie werden de lichtgevoelige eiwitten geïnjecteerd net naast een bloedvat vlak boven de hersenen en in een tweede operatie werden de experimenten uitgevoerd. Tijdens deze tweede operatie werd eerst de optische vezel in een bloedvat vlak boven de hersenen van de ratjes gebracht en werd ook een elektrode geïmplanteerd net boven de plaats waar de injectie gebeurt was om de activiteit van de hersenen te kunnen meten. Ook werd een stofje ingespoten die de activiteit van de neuronen in de hersenen liet toenemen. Hierna kon dan gekeken worden of deze toegenomen activiteit kon verminderd worden door middel van belichting door het bloedvat. Dit was het geval. Transvasculaire optogenetica lijkt dus een veelbelovende nieuwe techniek te zijn.
Verder werd ook onderzocht wat het optimaal vermogen van de lichtbron is voor transvasculaire optogenetische stimulatie. Zowel bij een laag als hoog vermogen was het mogelijk om de toegenomen activiteit van de neuronen te verminderen. Een laag vermogen bleek echter optimaal doordat de activiteit na stimulatie veel minder toenam met een laag vermogen in vergelijking met een hoog vermogen. Een ander belangrijk voordeel aan stimulatie met een lager vermogen is dat de levensduur van de batterij van de lichtbron zo verlengd wordt. Nu vraagt u zich waarschijnlijk af waarom dit zo van belang is. Wel, in het geval van klinische toepassingen van deze techniek, zullen de patiënten hoogst waarschijnlijk een toestel geïmplanteerd krijgen, dat bestaat uit een voedingsbron en een lichtbron. Wanneer het vermogensverbruik lager is, zal een kleiner toestel kunnen geïmplanteerd worden en nog belangrijker zal het minder snel nodig zijn om de batterij van het toestel te vervangen, waarvoor telkens een operatie nodig zou zijn. Voor een patiënt is het dus heel belangrijk dat dit vermeden zou kunnen worden.
Naast het feit dat zonlicht belangrijk is om het slaap-waak ritme te regelen en ook voor de opname van calcium dat we nodig hebben voor de ontwikkeling van gezonde botten en tanden via vitamine D, zou licht dus ook kunnen gebruikt worden in combinatie met lichtgevoelige eiwitten om epilepsie te behandelen.
