Mini-mozgovi uzgojeni u laboratoriju otkrivaju biološke potpisa mentalnih bolesti
Znanstvenici su uspjeli uzgojiti takozvane „mini-mozgove” u laboratorijskim uvjetima, što im omogućuje proučavanje neuronskih mreža bez ikakvog interventnog zahvata na stvarnim ljudskim mozgovima. U novoj studiji, ovi umanjeni modeli iskorišteni su za identifikaciju neuralnih potpisa povezanih s shizofrenijom i bipolarnim poremećajem.
Ove organoidne strukture, veličine graška, rezultat su rada tima istraživača sa Sveučilišta Johns Hopkins u SAD-u. U budućnosti, ovakav pristup mogao bi pomoći u otkrivanju moždanih abnormalnosti koje bi mogle biti meta određenih terapija.
I shizofrenija i bipolarni poremećaj trenutno se dijagnosticiraju na temelju kliničkih simptoma pacijenta, a ne na temelju bioloških markera. Ovaj novi pristup ima potencijal pružiti objektivniju i pouzdaniju metodu za identifikaciju ovih psihijatrijskih stanja.
„Shizofrenija i bipolarni poremećaj vrlo su teški za dijagnosticiranje jer nijedan određeni dio mozga ne „pukne” ili prestane raditi”, kaže biomedicinska inženjerka Annie Kathuria sa Sveučilišta Johns Hopkins.
„Ne postoje specifični enzimi koji se isključuju kao kod Parkinsonove bolesti, druge neurološke bolesti gdje liječnici mogu dijagnosticirati i liječiti na temelju razina dopamina, iako ni za to još uvijek ne postoji pravi lijek.”
Uzorci krvi i kože kao temelj za uzgoj organoida
Mini-mozgovi su uzgojeni pomoću uzoraka stanica krvi i kože od 24 volontera. Organoidi mozga bili su izrađeni pomoću stanica krvi i kože ljudi dijagnosticiranih s shizofrenijom ili bipolarnim poremećajem, te od ljudi koji nisu dijagnosticirani s bilo kakvim psihijatrijskim stanjima. To je istraživačima dalo tri kategorije mini-mozgova za proučavanje.
Analizirani na mikročipu i spojeni na različite senzore, organoidi su promjera svega 3 milimetra i bili su dizajnirani za rast neuralnih staničnih tipova iz prefrontalnog korteksa mozga. Ovo područje igra značajnu ulogu u „višim” kognitivnim funkcijama, poput planiranja i donošenja odluka.
Pomoću algoritama strojnog učenja obučenih za otkrivanje obrazaca u neuralnoj komunikaciji, tim je identificirao aktivnost neurona jedinstvenu za shizofreniju i bipolarni poremećaj. Ti potpisi bili su dovoljni za točno označavanje izvora stanica u organoidima s točnošću od 83 posto.
Točnost je porasla na 92 posto kada su mini-mozgovi dobili električnu stimulaciju, što sugerira da je to ponašanje neurona izraženije – i lakše za uočiti – kada je mozak aktivno angažiran i radi.
„Barem na molekularnoj razini, možemo provjeriti što pođe po zlu kada stvaramo te mozgove u posudi i razlikovati organe zdrave osobe, pacijenta sa shizofrenijom ili pacijenta s bipolarnim poremećajem na temelju tih elektrofizioloških potpisa”, kaže Kathuria.
Koliko god ovi mini-mozgovi bili korisni, oni su još uvijek daleko manje kompleksni i ni izbliza funkcionalni kao prava stvar. Stoga je još uvijek potrebno obaviti puno posla kako bi se uzorci identificirani u ovoj studiji uskladili s neuralnim potpisima u stvarnim ljudskim mozgovima.
Međutim, ovo su vrijedni pokazatelji u razumijevanju kako mozgovi ljudi s shizofrenijom ili bipolarnim poremećajem mogu funkcionirati drukčije. Svaki korak naprijed u razumijevanju kako ova stanja mijenjaju moždanu aktivnost približava istraživače poboljšanim terapijama.
„Nada je da ćemo u budućnosti moći ne samo potvrditi da je pacijent shizofreničar ili bipolark putem organoida mozga, već da ćemo moći i početi testirati lijekove na organoidima kako bismo otkrili koje koncentracije lijekova mogu pomoći pacijentima da dođu do zdravog stanja”, zaključuje Kathuria.
