Чрезвычайно сложно изучать биологическую основу психических расстройств, отчасти потому, что исследователи не могут легко собрать клетки мозга живых людей для изучения в лаборатории. Теперь ученые Университета здравоохранения штата Юта (University of Utah Health) разработали способ это обойти.
Исследователи вырастили трехмерные структуры, называемые «органоидами», полученные из клеток крови от детей с биполярным расстройством и нескольких членов семьи. Результаты показали значительные молекулярные изменения, связанные с данным психическим состоянием.
Результаты, опубликованные в научном журнале Molecular Psychiatry, предполагают, что структурные изменения в головном мозге, наблюдаемые у детей с биполярным расстройством, могут быть вызваны дисфункцией гена, который помогает с клеточной передачей сигналов. Полученные данные также показывают, что органоиды, выращенные в лаборатории, могут дать представление о причинах психических расстройств.
«Если у нас нет моделей на животных, невозможно искать методы лечения в доклинических исследованиях. Это огромная проблема», — комментирует Алекс Щегловитов (Alex Shcheglovitov), профессор нейробиологии Университета Юты и старший автор исследования. Аспирант Гуан Янг (Guang Yang) является автором статьи. «Определенно существует необходимость в разработке новых инновационных моделей для изучения клеточных и молекулярных механизмов, нарушенных при педиатрическом биполярном расстройстве».
Изменения в биполярном мозге
Биполярное расстройство — это психическое заболевание, которое вызывает резкие перепады настроения, колеблющиеся между депрессией и манией. Когда заболевание возникает в детстве, это может быть признаком вовлечения сильного генетического компонента. Щегловитов с соавторами пришли к выводу, что такое сложное расстройство требует новаторского междисциплинарного подхода к его изучению.
Мелисса Лопес-Ларсон (Melissa Lopez-Larson), психиатр и соавтор статьи, провела визуализацию мозга детей с педиатрическим биполярным расстройством и здоровых членов их семей, чтобы посмотреть, как заболевание изменяет связи между областями мозга. У людей с биполярным расстройством метод визуализации, называемый функциональной МРТ, или фМРТ, выявляет изменения в активности мозга в состоянии покоя, хотя неизвестно, что вызывает эти изменения.
Чтобы узнать больше, Лопес-Ларсон сотрудничала с нейробиологами Щегловитовым и Янгом, а также радиологами, генетиками и психиатрами из Университета здравоохранения штата Юта (U of U Health) и Института психического здоровья Хантсмана (Huntsman Mental Health Institute), чтобы объединить данные визуализации с углубленным анализом клеток пациента на молекулярном уровне.
Материалы и методы исследования
Янг начал с клеток крови от 9-летнего мальчика с биполярным расстройством, его родителей и здорового брата. Культивируя клетки в правильных условиях, Янг заставил их стать стволовыми клетками, которые он затем вырастил в нейроны. Затем клетки были преобразованы в структурированные кластеры, называемые органоидами, с использованием подхода, недавно разработанного группой Щегловитова. Органоиды имитируют ранние аспекты развития человеческого мозга и позволяют исследователям изучать связь между нейронами, аналогичную взаимодействиям, происходящим в живом мозге.
«Эти органоиды позволяют нам моделировать определенные стадии развития, связанные с определенными областями мозга», — комментирует Щегловитов. «В нашем случае эти органоиды больше похожи на переднюю часть человеческого мозга плода».
В поисках причины
Чтобы найти первопричины расстройства, Янг провел тесты, чтобы определить, чем клетки ребенка с биполярным расстройством отличаются от клеток членов его семьи. Янг обнаружил, что у пациента есть изменение в гене под названием PLXNB1, который ранее ассоциировался с психическим заболеванием. Он также обнаружил, что клетки выглядели по-другому: нейронные отростки, называемые «нейритами», были короче. Эти длинные отростки обычно создают важные связи с соседними клетками.
Добавление нормального PLXNB1 в клетки пациента позволило нейритам вырасти до нормального размера, подтверждая, что мутация в PLXNB1 вызвала изменения в росте нейритов.
«Это очень интересно», — отмечает Щегловитов. «Это говорит о том, что потенциально использование генной терапии или другого лечения, нацеленного на путь PLXNB1, может иметь терапевтическое значение для пациентов с педиатрическим биполярным расстройством».
Прежде чем результаты смогут привести к новым методам лечения, ученым необходимо будет провести более масштабные исследования, чтобы определить, имеют ли другие люди с этим расстройством такие же различия. По словам Лопес-Ларсон, сила этого исследования заключалась в объединении нескольких технологий для создания надежной картины того, что происходит в мозгу.
«МРТ показала, что мозговые связи нетипичны, по крайней мере, у этого конкретного ребенка. И мы также обнаружили, что это верно и для генетической части», — заключает Лопес-Ларсон. «Мы смогли использовать различные виды передовых технологий, которые по-разному раскрывали одно и то же».
Статья по теме: Как можно проверить человека на биполярное расстройство?
