Mokslininkų laboratorijose auginamos vadinamosios „mini smegenys“ suteikia galimybę tirti smegenų jungčių formavimąsi nepažeidžiant gyvų žmonių smegenų. Naujausias tyrimas parodė, kad šie sumažinti modeliai gali padėti nustatyti nervinės veiklos žymenis, susijusius su šizofrenija ir bipoliniu sutrikimu.
Šie žirnio dydžio dariniai, dar vadinami organoidais, sukurti JAV Džonso Hopkinso universiteto tyrėjų komandos. Ilgainiui tokie modeliai gali padėti tiksliau identifikuoti smegenų veiklos sutrikimus, kuriuos būtų galima paveikti gydymo priemonėmis.
Šizofrenija ir bipolinis sutrikimas šiuo metu diagnozuojami remiantis klinikiniais simptomais, o ne aiškiais biologiniais žymenimis. Toks požiūris neretai lemia vėluojančias arba netikslias diagnozes. Naujas metodas, pasitelkiantis mini smegenis, atveria galimybę ateityje šias psichikos ligas nustatyti objektyvesniais, laboratoriniais kriterijais.
„Šizofreniją ir bipolinį sutrikimą labai sunku tiksliai diagnozuoti, nes nėra taip, kad tam tikra aiški smegenų sritis „užgesta“, – aiškina biomedicinos inžinierė Annie Kathuria iš Džonso Hopkinso universiteto.
„Nėra ir konkrečių fermentų, kurie staiga pradėtų veikti netinkamai, kaip, pavyzdžiui, sergant Parkinsono liga. Šią neurologinę ligą gydytojai gali atpažinti ir gydyti stebėdami dopamino lygį, nors ji ir neturi galutinio išgydymo“, – priduria ji.
Smegenų organoidai sukurti iš kraujo ir odos ląstelių, paimtų iš žmonių, sergančių šizofrenija, iš žmonių, sergančių bipoliniu sutrikimu, ir iš asmenų, kuriems nėra diagnozuota psichikos sutrikimų. Taip tyrėjai gavo tris skirtingas mini smegenų grupes, kurias galėjo tiesiogiai lyginti tarpusavyje.
Tyrime naudoti organoidai buvo vos apie 3 milimetrų skersmens ir sukurti taip, kad juose augtų prefrontalinėje žievėje aptinkami nervinių ląstelių tipai. Prefrontalinė žievė atlieka itin svarbų vaidmenį aukštesnėse pažintinėse funkcijose – planavime, sprendimų priėmime, elgesio reguliavime.
Mini smegenys buvo patalpintos ant specialios mikroschemos ir prijungtos prie įvairių jutiklių, fiksuojančių nervinių ląstelių veiklą. Pasitelkus mašininio mokymosi algoritmus, išmokytus atpažinti nervinių impulsų raštus, tyrėjų komanda aptiko neuronų aktyvumo požymius, būdingus tik šizofrenijai ir tik bipoliniam sutrikimui.
Šie elektrinės veiklos „parašai“ buvo pakankamai ryškūs, kad būtų galima nustatyti, iš kokio donoro grupės – sveiko, sergančio šizofrenija ar bipoliniu sutrikimu – buvo paimtos ląstelės organoidams. Tai pavyko padaryti apie 83 procentų tikslumu.
Tikslumas išaugo iki 92 procentų, kai mini smegenims buvo taikoma elektrinė stimuliacija. Tai rodo, kad skirtingas neuronų elgesys pasireiškia dar ryškiau ir tampa lengviau atpažįstamas, kai smegenų modelis yra aktyviai „užimtas“ – tarsi dirbantis ar atliekantis užduotį.
„Bent jau molekuliniu lygmeniu galime patikrinti, kas vyksta ne taip, kai „auginame“ smegenis lėkštelėje, ir atskirti sveiko žmogaus, šizofrenija sergančio paciento ar bipoliniu sutrikimu sergančio paciento organoidus pagal jų elektrofiziologinius požymius,“ – sako Kathuria.
Nors šie organoidai labai naudingi, jie vis dar gerokai paprastesni ir nepalyginamai mažiau funkcionalūs nei tikros žmogaus smegenys. Todėl prieš pritaikant šiuos metodus klinikinėje praktikoje teks atlikti daug papildomų tyrimų ir patikrinti, kaip laboratorijoje nustatyti veiklos raštai atitinka tikrų žmogaus smegenų signalus.
Vis dėlto tai – svarbūs žingsniai siekiant geriau suprasti, kaip skiriasi žmonių, sergančių šizofrenija ar bipoliniu sutrikimu, smegenų veikla. Kuo tiksliau tyrėjai galės apibūdinti, kaip šios būklės keičia neuronų aktyvumą, tuo arčiau bus galimybė sukurti veiksmingesnius, labiau individualizuotus gydymo būdus.
„Tikimės, kad ateityje, pasitelkę smegenų organoidus, galėsime ne tik patvirtinti, ar pacientas serga šizofrenija ar bipoliniu sutrikimu, bet ir išbandyti įvairius vaistus šiuose modeliuose. Taip būtų galima nustatyti, kokios vaistų dozės padėtų organoidų veiklai priartėti prie sveiko žmogaus smegenų būsenos,“ – teigia Kathuria.
