Мини мозгови откривају јасне мождане сигнале шизофреније и биполарног поремећаја
Истраживачи су у лабораторији узгајали мозгове величине грашка који нуде невиђен поглед на то како се неурони понашају другачије код шизофреније и биполарног поремећаја. Ова психијатријска стања погађају милионе људи широм света, али и даље их је тешко дијагностиковати јер научници нису у потпуности разумели њихове основне молекуларне узроке.
Налази би на крају могли помоћи лекарима да смање грешке у дијагностици и лечењу поремећаја менталног здравља. Данас се многа психијатријска стања идентификују само на основу клиничке процене и лече методом покушаја и грешке.
Истраживање је објављено у часопису АПЛ Биоинжењеринг.
Зашто је тешко дијагностиковати шизофренију и биполарни поремећај
„Шизофренију и биполарни поремећај је веома тешко дијагностиковати јер се ниједан одређени део мозга не искључује. Нема специфичних ензима као код Паркинсонове, још једне неуролошке болести где лекари могу да дијагностикују и лече на основу нивоа допамина, иако још увек нема одговарајући лек“, рекла је Ени Катурија, инжењерка Универзитета Џон Хопкинс која је водила биомедицинску студију. „Надамо се да у будућности не можемо само да потврдимо да је пацијент шизофреничан или биполаран из можданих органоида, већ да такође можемо да почнемо да тестирамо лекове на органоидима како бисмо сазнали које концентрације лека би им могле помоћи да дођу у здраво стање.
Како су научници правили и проучавали органоиде мозга
Да би спровео студију, Катуријин тим је направио органоиде мозга, који су поједностављене верзије стварних људских органа. Почели су претварањем ћелија крви и коже од пацијената са шизофренијом, биполарним поремећајем и од здравих особа у матичне ћелије способне да се развију у ткиво налик мозгу.
Тим је затим користио алате за машинско учење да анализира електричну активност ћелија унутар ових мини мозгова. У људском мозгу, неурони комуницирају слањем кратких електричних сигнала једни другима, а истраживачи су се фокусирали на идентификацију образаца у тој активности повезаних са здравим и нездравим функцијама мозга.
Електрични биомаркери идентификују менталне болести
Научници су открили да специфичне карактеристике електричног понашања органоида делују као биомаркери за шизофренију и биполарни поремећај. Користећи само ове сигнале, могли су тачно да идентификују који органоиди потичу од погођених пацијената 83% времена. Када је ткиво примило нежну електричну стимулацију дизајнирану да изазове више неуронске активности, прецизност се повећала на 92%.
Обрасци које су открили били су сложени и веома специфични. Неурони пацијената са шизофренијом и биполарним поремећајем показали су необичне шиљке и временске промене у вишеструким електричним мерењима, стварајући посебан потпис за свако стање.
„Бар молекуларно, можемо да проверимо шта није у реду када правимо ове мозгове у посуди и разликујемо органоиде од здраве особе, пацијента са шизофренијом или биполарног пацијента на основу ових електрофизиолошких потписа“, рекла је Катурија. „Пратимо електричне сигнале које производе неурони током развоја, упоређујући их са органоидима пацијената без ових поремећаја менталног здравља.“
Коришћење микрочипова за мапирање мождане активности
Да би боље разумели како неурони формирају мреже, истраживачи су поставили органоиде на микрочипове опремљене низовима са више електрода распоређеним попут мреже. Ова поставка им је омогућила да прикупљају податке на начин сличан сићушном електроенцефалограму или ЕЕГ-у, који лекари теста користе за мерење мождане активности код пацијената.
Када су се потпуно развили, органоиди су достигли око три милиметра у пречнику. Они су садржали више типова неуронских ћелија које се обично налазе у префронталном кортексу мозга, региону укљученом у размишљање вишег нивоа. Мини мозгови такође производе мијелин, супстанцу која изолује нервне ћелије и помаже да електрични сигнали путују ефикасније.
Ка персонализованим психијатријским третманима
Студија је укључила узорке од само 12 пацијената, али Катхуриа верује да резултати указују на значајне клиничке примене. Органоиди би на крају могли послужити као платформа за тестирање психијатријских лекова пре него што се ти лекови препишу пацијентима.
Тим сада сарађује са неурохирурзима, психијатрима и неуронаучницима на Медицинском факултету Џон Хопкинс. Они прикупљају додатне узорке крви од психијатријских пацијената како би проучили како различите концентрације лекова утичу на активност органоида. Чак и са ограниченим бројем узорака, истраживачи верују да би могли да предложе дозе лекова које помажу у обнављању здравих неуронских образаца.
„Тако већина лекара даје пацијентима ове лекове, методом покушаја и грешке којој може бити потребно шест или седам месеци да се пронађе прави лек“, рекла је Катурија. „Клозапин је најчешћи лек који се преписује за шизофренију, али око 40% пацијената је отпорно на њега. Са нашим органоидима, можда нећемо морати да радимо тај период покушаја и грешака. Можда можемо да им дамо прави лек пре тога.“
