Neue Erkenntnisse über die positiven Effekte der TPS auf die Hirnfunktion bei Alzheimer-Mausmodellen

Im Bereich der TPS-Forschung zur Alzheimer-Demenz wurde ein neuer Meilenstein erreicht! Erstmals haben Forscher eine umfassende tierexperimentelle Studie an gesunden und transgenen Mäusen mit Alzheimer-Demenz durchgeführt, um die Wirkung der Transkraniellen Pulsstimulation (TPS) zu untersuchen. In der von der ETH Zürich und der Universität Zürich gemeinsam durchgeführten und von InnoSuisse finanzierten Studie wurden die Auswirkungen der TPS auf die Hirnstruktur und Hirndurchblutung untersucht. Die in der renommierten Fachzeitschrift Alzheimer & Dementia veröffentlichten Studienergebnisse sind vielversprechend: Die TPS verbessert demnach nicht nur die Mikrozirkulation im Gehirn, sondern gewährleistet ausserdem ein hohes Sicherheitsniveau, indem sie die Integrität der Blut-Hirn-Schranke (BHS) auch bei höheren Energiestufen aufrechterhält. 

Diese bahnbrechende Studie stellt die erste umfassende Forschungsarbeit zur TPS in Tiermodellen der Alzheimer-Demenz dar, wodurch äusserst wichtige Erkenntnisse über die zugrunde liegenden Mechanismen gewonnen werden konnten. Sie ist zudem die erste Publikation in einer Reihe von bevorstehenden Studien der Forschungsgruppe, die unser Verständnis der TPS-Auswirkungen auf das Gehirn bei Alzheimer-Demenz vertiefen sollen. 

Was genau versteht man unter Transkranieller Pulsstimulation (TPS)?
Bei der TPS handelt es sich um ein nicht-invasives Hirnstimulationsverfahren, bei dem sehr kurze akustische Impulse eingesetzt werden, um mechanische Effekte in bestimmten Hirnregionen zu erzielen. Im Gegensatz zu Verfahren, bei denen kontinuierliche Ultraschallwellen abgegeben werden, erzeugen diese kurzen Impulse keine Wärme, was die TPS zu einer sicheren Behandlungsoption macht.^{1, 2, 3} 

In präklinischen Studien an Ratten konnte die Sicherheit der TPS nachgewiesen werden. Darüber hinaus haben klinische Studien Verbesserungen der kognitiven Leistungsfähigkeit und der Depressionssymptome gezeigt.^{2, 4} Es ist jedoch ausschlaggebend, genau zu verstehen, wie die TPS die Hirnaktivität und die vaskuläre Funktion beeinflusst, um ihre therapeutische Anwendung bei Patienten optimieren zu können. 

Wichtigste Ergebnisse der Studie 
Verbesserte Durchblutung im Gehirn 
Die Forscher konnten nach der TPS-Behandlung eine signifikante Zunahme des Blutvolumens im mikrovaskulären Netzwerk des Gehirns feststellen. Sie überwachten die Hirndurchblutung während und nach den TPS-Sitzungen anhand von optoakustischer Bildgebung in Echtzeit und konnten sowohl bei gesunden als auch bei an Alzheimer erkrankten Mäusen eine konsistente Verbesserung der Durchblutung beobachten. 

Sicherheit bei höheren Energiestufen
Eine wichtige Frage in der TPS-Forschung ist, ob möglicherweise höhere Energiestufen – insbesondere aufgrund der Störung der Blut-Hirn-Schranke – zu einer Schädigung des Gehirns führen. Um diese Frage zu beantworten, wurden in der Studie fünfmal höhere Energiedichten im Gehirn als bei Menschen angewendet. Zur Bestätigung der BHS-Integrität wurden mehrere Methoden angewendet, u. a. kontrastmittelverstärkte MRT und histologische Färbung, wobei keine Anzeichen für Lecks oder Schädigungen der Blut-Hirn-Schranke festgestellt werden konnten.

Unterschiedliche Stimulationsanforderungen im Alzheimer-Mausmodell
Anhand der Studie wurde festgestellt, dass die TPS zwar die Durchblutung sowohl bei gesunden als auch bei Alzheimer-Mäusen verbesserte, bei letzteren jedoch für vergleichbare Effekte höhere Energiestufen erforderlich waren. Dies deutet darauf hin, dass die durch die Alzheimer-Demenz verursachten pathologischen Veränderungen in den Blutgefässen deren Ansprechen auf die Stimulation reduzieren. Die Ergebnisse legen nahe, dass zukünftige klinische Anwendungen der TPS unter Umständen individualisiert werden müssen, wobei die Energiestufe an den zerebrovaskulären Zustand des jeweiligen Patienten anzupassen ist. 

Wie geht es nun weiter?
Mit dieser Publikation beginnt eine Reihe von geplanten Studien der Forschungsgruppe. Diese noch folgenden Studien werden das Augenmerk auf die Langzeitwirkungen der TPS bei gesunden und Alzheimer-Mäusen richten, einschliesslich ihrer Auswirkungen auf die neuronale Aktivität und das kognitive Verhalten. Die derzeit verfügbaren Ergebnisse ebnen den Weg für ein besseres Verständnis und die Optimierung der klinischen Anwendung der TPS bei Patienten mit Alzheimer-Demenz. 

Möchten Sie mehr erfahren? Der folgende Artikel der Fachzeitschrift Alzheimer & Dementia bietet eine vollständige Zusammenfassung der Studie: https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/alz.14511 

¹Truong DQ, Thomas C, Hampstead BM, Datta A. Comparison of transcranial focused ultrasound and transcranial pulse stimulation for neuromodulation: a computational study. Neuromodulation. 2022;25:606-
613.
²R Beisteiner, E Matt, C Fan, et al. Transcranial pulse stimulation with ultrasound in Alzheimer’s disease—a new navigated focal brain therapy. Adv Sci. 2020;7:1902583.
³Chen X, You J,Ma H, Zhou M, Huang C. Transcranial pulse stimulation in Alzheimer’s disease. CNS Neurosci Ther. 2024;30:e14372.
⁴GT Shinzato, T Assone, PC Sandler, et al. Non-invasive sound wave brain stimulation with transcranial pulse stimulation (TPS) improves neuropsychiatric symptoms in Alzheimer’s disease. Brain Stimulation. 2024;17:413-415.