Naukowcy z Mayo Clinic i Uniwersytet Yale’a wykorzystali organoidy, czyli modele minimózgów, do badania rozwoju zaburzenie ze spektrum autyzmu (ASD).
Odkryli brak równowagi w pobudzających neuronach korowych, które są kluczowe dla komunikacji i funkcjonowania mózgu. Analizując ekspresję genów w tych neuronach, zidentyfikowali zmiany w czynnikach transkrypcyjnych, które mogą leżeć u podstaw ASD. Badanie podkreśla potencjał wykorzystania organoidów do zrozumienia zaburzeń mózgu i potencjalnego zapobiegania ASD poprzez prenatalne badania genetyczne.
Odkrywanie początków autyzmu za pomocą minimózgów
Korzystając z modeli ludzkiego „minimózgu”, znanych jako organoidy, naukowcy z Mayo Clinic i Yale University odkryli, że przyczyny zaburzeń ze spektrum autyzmu mogą być związane z brakiem równowagi między określonymi neuronami, które odgrywają kluczową rolę w komunikacji i funkcjonowaniu mózgu. Specyficzne komórki nazywane są pobudzającymi neuronami korowymi.
Badanie opublikowano w czasopiśmie naukowym Neuronauka przyrodnicza.
Kluczowe wnioski z badań nad autyzmem
Zespół odkrył nieprawidłową równowagę neuronów pobudzających w przodomózgowiu osób cierpiących na tę chorobę, w zależności od wielkości głowy.
„Ta technologia organoidów pozwoliła nam odtworzyć zmiany w rozwoju mózgu, które miały miejsce u pacjentek w czasie pobytu w macicy, czyli uważa się, że jest to czas, w którym pojawia się zaburzenie ze spektrum autyzmu” – mówi dr Alexej Abyzov, badacz zajmujący się genomiką na Wydziale Ilościowych Nauk o Zdrowiu w Centrum Medycyny Indywidualnej Mayo. Dr Abyzov jest głównym autorem badania.
Zrozumienie zaburzeń ze spektrum autyzmu
Zaburzenie ze spektrum autyzmu to schorzenie neurologiczne, które wpływa na sposób, w jaki ludzie postrzegają innych i wchodzą w interakcje z nimi, prowadząc do wyzwań w komunikacji społecznej i zachowaniu. Termin „spektrum” podkreśla szeroki zakres objawów i ich nasilenia i obejmuje autyzm, zespół Aspergera, dziecięce zaburzenie dezintegracyjne i nieokreśloną postać całościowych zaburzeń rozwojowych.
Jak wynika z szacunków opublikowanych w USA, u prawie 1 na 36 dzieci w USA stwierdza się zaburzenia ze spektrum autyzmu Sieć monitorowania autyzmu i niepełnosprawności rozwojowej Centrów Kontroli Chorób.
Pionierskie badania z wykorzystaniem „mini-mózgów”
Na potrzeby badania naukowcy najpierw stworzyli miniaturowe, trójwymiarowe modele przypominające mózgi, zwane organoidami. Skupiska komórek wielkości grochu zaczęły się jako komórki skóry osób z zaburzeniami ze spektrum autyzmu. Komórki skóry umieszczono w naczyniu hodowlanym i „przeprogramowano” z powrotem do stanu podobnego do komórek macierzystych, zwanego indukowanymi pluripotencjalnymi komórkami macierzystymi. Te tak zwane komórki główne można nakłonić do przekształcenia się w dowolną komórkę w organizmie, w tym komórki mózgowe.
Następnie naukowcy zastosowali specjalną technologię zwaną pojedynczą komórką RNA sekwencjonowanie w celu zbadania wzorców ekspresji genów poszczególnych komórek mózgowych. W sumie zbadali 664 272 komórek mózgowych na trzech różnych etapach rozwoju mózgu.
Naukowcy odkryli również, że brak równowagi neuronów wynika ze zmian w aktywności niektórych genów zwanych „czynnikami transkrypcyjnymi”, które odgrywają kluczową rolę w kierowaniu rozwojem komórek na początkowych etapach tworzenia mózgu.
Przyszłość diagnostyki i zapobiegania autyzmowi
Badanie to opiera się na 13 latach opublikowanych badań nad zaburzeniami ze spektrum autyzmu przeprowadzonych przez dr Abyzova i jego współpracowników, w tym Florę Vaccarino, MD, neurologa z Uniwersytetu Yale. W jednym z pionierskich badań wykazali molekularne różnice w organoidach między osobami z autyzmem a osobami bez autyzmu i pokazali, że podstawową przyczyną tego zaburzenia jest deregulacja specyficznego czynnika transkrypcyjnego zwanego FOXG1.
„Autyzm to w większości choroba genetyczna. Naszym celem jest określenie ryzyka wystąpienia zaburzeń ze spektrum autyzmu i ewentualne zapobieganie ich występowaniu u nienarodzonego dziecka za pomocą prenatalnych badań genetycznych. Wymagałoby to jednak szczegółowej wiedzy o tym, jak regulacja mózgu zostaje zaburzona podczas rozwoju. Organoidy mogą pomóc w tym kierunku w wielu aspektach” – mówi dr Abyzov.
Odniesienie: „Modelowanie idiopatycznego autyzmu w organoidach przodomózgowia ujawnia brak równowagi podtypów pobudzających neuronów korowych podczas wczesnej neurogenezy” Alexandre Jourdon, Feinan Wu, Jessica Mariani, Davide Capauto, Scott Norton, Livia Tomasini, Anahita Amiri, Milovan Suvakov, Jeremy D. Schreiner , Yeongjun Jang, Arijit Panda, Cindy Khanh Nguyen, Elise M. Cummings, Gloria Han, Kelly Powell, Anna Szekely, James C. McPartland, Kevin Pelphrey, Katarzyna Chawarska, Pamela Ventola, Alexej Abyzov i Flora M. Vaccarino, 10 sierpnia 2023 r. , Neuronauka przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41593-023-01399-0
