Mini-mozgovi otkrivaju jasne moždane signale šizofrenije i bipolarnog poremećaja

Mini-mozgovi u laboratoriji otkrivaju skrivene električne potpise šizofrenije i bipolarnog poremećaja, čineći preciznu psihijatriju bližom nego ikad.

Maleni, laboratorijski proizvedeni mozgovi daju izvanredan uvid u način na koji šizofrenija i bipolarni poremećaj ometaju nervnu aktivnost. Istraživači su otkrili posebne obrasce električne aktivnosti koji bi mogli sa velikom preciznošću identifikovati ova stanja.

Preporučujemo

Otkriće otvara put za preciznije dijagnoze i personalizovano testiranje lekova. Umesto nagađanja pri izboru lekova, lekari bi jednog dana mogli da vide šta deluje pre lečenja pacijenta.

Mozgovi veličine graška, proizvedeni iz ćelija pacijenata, otkrivaju specifične električne signale povezane sa šizofrenijom i bipolarnim poremećajem. To bi moglo transformisati dijagnostiku i pomoći lekarima da brže izaberu pravi lek.

Istraživači su u laboratoriji proizveli mozgove veličine zrna graška koji daju izvanredan pogled na način kako se neuroni drugačije ponašanju u slučaju šizofrenije i bipolarnog poremećaja. Ova psihijatrijska stanja pogađaju milione ljudi širom sveta, ali ostaju teški za dijagnostikovanje pošto naučnici ne razumeju u potpunosti molekularne uzroke u njihovoj osnovi.

Ovi nalazi bi mogli pomoći lekarima da redukuju greške u dijagnostikovanju i lečenju poremećaja mentalnog zdravlja. Danas se mnoga psihijatrijska stanja identifikuju samo putem kliničke procene i leče se metodom pokušaja i grešaka u pogledu lekova.

Zašto je teško dijagnostikovati šizofreniju i bipolarni poremećaj?

„Šizofrenija i bipolarni poremećaj su vrlo teški za dijagnostikovanje pošto se nijedan specifičan deo mozga ne aktivira. Nema specifičnih enzima kao u slučaju Parkinsonove bolesti, još jedne neurološke bolesti, koju lekari mogu dijagnostikovati i lečiti na osnovu nivoa dopamina, iako i dalje ne postoji pravi lek“, kažu istraživači sa Univerziteta Džons Hopkins.

„Nadamo se da ćemo u budućnosti moći ne samo potvrditi da je pacijent šizofren ili bipolaran pomoću moždanih organoida, već da takođe možemo početi testiranje lekova na organoidima kako bismo saznali koje koncentracije lekova mogu pomoći u postizanju zdravog stanja“.

Moždani organoidi su pojednostavljene verzije pravih ljudskih organa. Napravljeni su putem pretvaranja krvnih i kožnih ćelija pacijenata sa šizofrenijom i bipolarnim poremećajem, kao i zdravih osoba, u matične ćelije sposobne da se razviju u tkivo nalik moždanom.

Zatim je pomoću instrumenata mašinskog učenja analizirana električna aktivnost ćelija unutar ovih mini-mozgova. U ljudskom mozgu, neuroni komuniciraju tako što šalju kratke električne signale jedan drugom, a istraživači su se fokusirali na identifikaciju obrazaca u toj aktivnosti povezanih sa zdravim i nezdravim funkcionisanjem mozga.

Električni biomarkeri identifikuju mentalnu bolest

Naučnici su otkrili da specifične odlike električnog ponašanja organoida deluju kao biomarkeri za šizofreniju i bipolarni poremećaj. Koristeći samo ove signale, bili su u stanju da tačno identifikuju koji organoidi potiču od odgovarajućih pacijenata u 83% slučajeva. Kad je bi tkivo bilo blago električki stimulisano radi podsticanja nervne aktivnosti, tačnost bi porasla na 92%.

Otkriveni obrasci su bili složeni i visokospecifični. Neuroni pacijenata sa šizofrenijom i bipolarnim poremećajem pokazali su neuobičajene skokove aktivnosti i promene tajminga u više električnih merenja, stvarajući poseban potpis za svako stanje.

„Barem na molekularnom nivou možemo proveriti šta ne ide kako treba kad pravimo ove mozgove u laboratoriji i razlikovati organoide od zdravih osoba i od pacijenata sa šizofrenijom ili bipolarnim poremećajem na osnovu ovih elektrofizioloških potpisa“, kažu naučnici. „Pratimo električne signale neurona proizvedene tokom razvoja, upoređujući ih sa organoidima od pacijenata bez ovih mentalnih poremećaja“.

Upotreba mikročipova za mapiranje moždane aktivnosti

Da bi bolje razumeli kako neuroni formiraju mreže, istraživači su postavili organoide na mikročipove sa nizovima od više elektroda u obliku rešetke. Ova postavka je omogućila prikupljanje podataka slično malenom elektroencefalogramu (EEG), testu koji lekari koriste za merenje moždane aktivnosti pacijenata.

Potpuno razvijeni, organoidi dostižu oko tri milimetra u prečniku. Sadrže više tipova nervnih ćelija koje se normalno nalaze u prefrontalnom korteksu mozga, regionu uključenom u proces razmišljanja na višem nivou. Mini-mozgovi takođe proizvode mijelin, supstancu koja izoluje nervne ćelije i pomaže električnim signalima da putuju efikasnije.

Personalizovani psihijatrijski tretmani

Istraživanje je uključivalo uzorke od samo 12 pacijenata, ali naučnici veruju da rezultati ukazuju na značajne kliničke primene. Organoidi bi mogli služiti kao platforma za testiranje psihijatrijskih lekova pre njihovog prepisivanja pacijentima.

U toku je saradnja sa neurohirurzima, psihijatrima i neuronaučnicima sa Medicinskog fakulteta Univerziteta Džons Hopkins. Sakupljaju se dodatni uzorci krvi od psihijatrijskih pacijenata radi ispitivanja kako različite koncentracije lekova utiču na aktivnost organoida. Čak i sa ograničenim brojem uzoraka, istraživači veruju da će moći da predlože doze koje pomažu u obnavljanju zdravijih nervnih obrazaca.

„Većina lekara prepisuje pacijentima ove lekove putem metode pokušaja i grešaka, koja može trajati šest ili sedam meseci do pronalaska pravog leka. Klozapin je najčešće prepisivani lek za šizofreniju, ali oko 40% pacijenata je otporno na njega. Sa našim organoidima, možda nećemo morati da prolazimo kroz taj period pokušaja i grešaka. Možda ćemo moći da im damo pravi lek ranije“, kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/Science Daily)