La malattia di Alzheimer (MA), la più comune forma di demenza neurodegenerativa, è caratterizzata da un declino cognitivo progressivo e da una perdita neuronale, dovuti alla presenza di placche di β-amiloide (Aβ), grovigli di tau, neuroinfiammazione e disfunzione mitocondriale (Wang et al., 2020). Lo stress ossidativo e l’alterazione di vie di segnalazione, tra cui cAMP/CREB/BDNF ed ERK1/2, contribuiscono al danno neuronale e alla compromissione della plasticità (Khezri et al., 2023). I trattamenti attuali offrono un sollievo sintomatico limitato e sono spesso associati a effetti avversi e costi elevati (Van Dyck et al., 2023). I campi elettromagnetici pulsati (PEMF) sono emersi come una promettente strategia non invasiva per contrastare la patologia correlata alla MA. Studi preclinici hanno mostrato che i PEMF riducono lo stress ossidativo, preservano la funzione mitocondriale e potenziano la segnalazione neurotrofica sia nelle cellule neuronali che in quelle gliali (Merighi et al., 2024). Modulando ERK e attivando l’asse cAMP/CREB/BDNF, i PEMF promuovono la sopravvivenza neuronale e la plasticità sinaptica, suggerendo il loro potenziale come approccio neuroprotettivo multifattoriale. Obiettivi: Questo studio mirava a investigare il potenziale neuroprotettivo dei PEMF in un modello in vitro di MA, concentrandosi sulla loro capacità di contrastare il danno ossidativo e amiloidogenico in cellule PC12 simil-neuronali. L’obiettivo era chiarire i meccanismi molecolari alla base della neuroprotezione mediata dai PEMF, con particolare attenzione alla funzione mitocondriale e alla via di segnalazione CREB/BDNF. Metodi: Le cellule PC12 differenziate con NGF sono state esposte a perossido di idrogeno (H₂O₂) o a un analogo della β-amiloide (CP), entrambi in grado di mimare caratteristiche patologiche chiave della MA. I PEMF (1,5 mT, 75 Hz, 1,3 ms) sono stati applicati continuativamente per 24 ore. La vitalità cellulare è stata valutata tramite saggi MTS; lo stress ossidativo è stato misurato tramite produzione di ROS e attività della catalasi; il potenziale di membrana mitocondriale (MMP) è stato analizzato con colorazione JC-1. L’apoptosi è stata valutata mediante immunocitochimica per caspasi-3 clivata e condensazione della cromatina. Le analisi molecolari includevano la quantificazione della fosforilazione di ERK1/2 e CREB, i livelli di cAMP e la secrezione di BDNF. Sono stati inoltre utilizzati inibitori farmacologici mirati a specifiche vie di segnalazione. Risultati: Il trattamento con PEMF ha attenuato significativamente la citotossicità indotta da H₂O₂ e Aβ, ripristinando la vitalità cellulare e riducendo l’accumulo di ROS. I PEMF hanno preservato l’attività della catalasi, mantenuto il potenziale di membrana mitocondriale, ridotto l’attivazione di caspasi-3 e la condensazione della cromatina. Dal punto di vista meccanicistico, i PEMF hanno inibito la fosforilazione di ERK1/2, aumentando al contempo la produzione di cAMP, la fosforilazione di CREB e l’espressione di BDNF—vie essenziali per la sopravvivenza e la plasticità neuronale. Esperimenti comparativi con diclofenac (DCF) hanno evidenziato l’azione più ampia e multitarget dei PEMF rispetto ai farmaci antinfiammatori convenzionali. Impatto: Questi risultati dimostrano che i PEMF modulano diversi sistemi cellulari di risposta allo stress, promuovendo neuroprotezione in condizioni ossidative e amiloidogeniche. I dati supportano il potenziale dei PEMF come strategia non farmacologica e multitarget per contrastare processi patologici chiave nella MA. Questo lavoro contribuisce a una comprensione più approfondita della neuroprotezione indotta dai PEMF e fornisce una base per futuri studi preclinici e clinici.
Alzheimer’s disease (AD), the most common neurodegenerative dementia, is characterized by progressive cognitive decline and neuronal loss, driven by β-amyloid (Aβ) plaques, tau tangles, neuroinflammation, and mitochondrial dysfunction (Wang et al., 2020). Oxidative stress and disrupted signaling pathways, including cAMP/CREB/BDNF and ERK1/2, contribute to neuronal damage and impaired plasticity (Khezri et al., 2023). Current treatments offer limited symptomatic relief and are often associated with adverse effects and high costs (Van Dyck et al., 2023). Pulsed electromagnetic fields (PEMFs) have emerged as a promising non-invasive strategy to counteract AD-related pathology. Preclinical studies have shown that PEMFs reduce oxidative stress, preserve mitochondrial function, and enhance neurotrophic signalling in both neuronal and glial cells (Merighi et al., 2024). By modulating ERK and activating the cAMP/CREB/BDNF axis, PEMFs promote neuronal survival and synaptic plasticity, suggesting their potential as a multifactorial neuroprotective approach. Objectives: This study aimed to investigate the neuroprotective potential of PEMFs in an in vitro model of AD, focusing on their ability to counteract oxidative and amyloidogenic injury in neuron-like PC12 cells. The goal was to elucidate the molecular mechanisms underlying PEMF-mediated neuroprotection, with a particular focus on mitochondrial function and the CREB/BDNF signalling pathway. Methods: NGF-differentiated PC12 cells were exposed to hydrogen peroxide (H₂O₂) or a β-amyloid analog (CP), both of which mimic key pathological features of AD. PEMFs (1.5 mT, 75 Hz, 1.3 ms) were applied continuously for 24 hours. Cell viability was assessed using MTS assays; oxidative stress was evaluated via ROS production and catalase activity; mitochondrial membrane potential (MMP) was analyzed using JC-1 staining. Apoptosis was assessed through cleaved caspase-3 immunocytochemistry and chromatin condensation. Molecular analyses included quantification of ERK1/2 and CREB phosphorylation, cAMP levels, and BDNF secretion. Pharmacological inhibitors targeting key signaling pathways were also employed. Results: PEMF treatment significantly attenuated H₂O₂- and Aβ-induced cytotoxicity, restoring cell viability and reducing ROS accumulation. PEMFs preserved catalase activity, maintained mitochondrial membrane potential, decreased caspase-3 activation and chromatin condensation. Mechanistically, PEMFs inhibited ERK1/2 phosphorylation while enhancing cAMP production, CREB phosphorylation, and BDNF expression—pathways essential for neuronal survival and plasticity. Comparative experiments with diclofenac (DCF) highlighted the broader, multi-targeted action of PEMFs relative to conventional anti-inflammatory drugs. Impact: These findings demonstrate that PEMFs modulate multiple cellular stress response systems, promoting neuroprotection under oxidative and amyloidogenic conditions. The results support the potential of PEMFs as a non-pharmacological, multi-target strategy for counteracting key pathological processes in AD. This work contributes to a deeper understanding of PEMF-induced neuroprotection and provides a foundation for future preclinical and clinical studies.
PEMFs as a Neuroprotective Strategy: Restoration of Mitochondrial function and CREB/BDNF Pathways in an in vitro Model of Alzheimer’s Disease
TRAVAGLI, ALESSIA
2026
Abstract
La malattia di Alzheimer (MA), la più comune forma di demenza neurodegenerativa, è caratterizzata da un declino cognitivo progressivo e da una perdita neuronale, dovuti alla presenza di placche di β-amiloide (Aβ), grovigli di tau, neuroinfiammazione e disfunzione mitocondriale (Wang et al., 2020). Lo stress ossidativo e l’alterazione di vie di segnalazione, tra cui cAMP/CREB/BDNF ed ERK1/2, contribuiscono al danno neuronale e alla compromissione della plasticità (Khezri et al., 2023). I trattamenti attuali offrono un sollievo sintomatico limitato e sono spesso associati a effetti avversi e costi elevati (Van Dyck et al., 2023). I campi elettromagnetici pulsati (PEMF) sono emersi come una promettente strategia non invasiva per contrastare la patologia correlata alla MA. Studi preclinici hanno mostrato che i PEMF riducono lo stress ossidativo, preservano la funzione mitocondriale e potenziano la segnalazione neurotrofica sia nelle cellule neuronali che in quelle gliali (Merighi et al., 2024). Modulando ERK e attivando l’asse cAMP/CREB/BDNF, i PEMF promuovono la sopravvivenza neuronale e la plasticità sinaptica, suggerendo il loro potenziale come approccio neuroprotettivo multifattoriale. Obiettivi: Questo studio mirava a investigare il potenziale neuroprotettivo dei PEMF in un modello in vitro di MA, concentrandosi sulla loro capacità di contrastare il danno ossidativo e amiloidogenico in cellule PC12 simil-neuronali. L’obiettivo era chiarire i meccanismi molecolari alla base della neuroprotezione mediata dai PEMF, con particolare attenzione alla funzione mitocondriale e alla via di segnalazione CREB/BDNF. Metodi: Le cellule PC12 differenziate con NGF sono state esposte a perossido di idrogeno (H₂O₂) o a un analogo della β-amiloide (CP), entrambi in grado di mimare caratteristiche patologiche chiave della MA. I PEMF (1,5 mT, 75 Hz, 1,3 ms) sono stati applicati continuativamente per 24 ore. La vitalità cellulare è stata valutata tramite saggi MTS; lo stress ossidativo è stato misurato tramite produzione di ROS e attività della catalasi; il potenziale di membrana mitocondriale (MMP) è stato analizzato con colorazione JC-1. L’apoptosi è stata valutata mediante immunocitochimica per caspasi-3 clivata e condensazione della cromatina. Le analisi molecolari includevano la quantificazione della fosforilazione di ERK1/2 e CREB, i livelli di cAMP e la secrezione di BDNF. Sono stati inoltre utilizzati inibitori farmacologici mirati a specifiche vie di segnalazione. Risultati: Il trattamento con PEMF ha attenuato significativamente la citotossicità indotta da H₂O₂ e Aβ, ripristinando la vitalità cellulare e riducendo l’accumulo di ROS. I PEMF hanno preservato l’attività della catalasi, mantenuto il potenziale di membrana mitocondriale, ridotto l’attivazione di caspasi-3 e la condensazione della cromatina. Dal punto di vista meccanicistico, i PEMF hanno inibito la fosforilazione di ERK1/2, aumentando al contempo la produzione di cAMP, la fosforilazione di CREB e l’espressione di BDNF—vie essenziali per la sopravvivenza e la plasticità neuronale. Esperimenti comparativi con diclofenac (DCF) hanno evidenziato l’azione più ampia e multitarget dei PEMF rispetto ai farmaci antinfiammatori convenzionali. Impatto: Questi risultati dimostrano che i PEMF modulano diversi sistemi cellulari di risposta allo stress, promuovendo neuroprotezione in condizioni ossidative e amiloidogeniche. I dati supportano il potenziale dei PEMF come strategia non farmacologica e multitarget per contrastare processi patologici chiave nella MA. Questo lavoro contribuisce a una comprensione più approfondita della neuroprotezione indotta dai PEMF e fornisce una base per futuri studi preclinici e clinici.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
