Badanie 1,6 miliona komórek mózgowych ujawniło wczesne zmiany komórkowe w Alzheimera i możliwości interwencji, wykorzystując zaawansowaną technologię w celu odróżnienia postępu choroby od normalnego starzenia się.
Analiza ponad 1,6 miliona komórek mózgowych osób starszych pozwoliła zidentyfikować zmiany komórkowe zachodzące we wczesnych stadiach choroby Alzheimera. Odkrycia te mogą potencjalnie odkryć nowe strategie zapobiegania najczęstszej przyczynie demencji u osób starszych.
W badaniu zidentyfikowano także drugą społeczność komórek, która kieruje starszy mózg na inną ścieżkę, która nie prowadzi do choroby Alzheimera.
„Nasze badanie podkreśla, że choroba Alzheimera to choroba wielu komórek i ich interakcji, a nie tylko jednego rodzaju dysfunkcyjnej komórki” – mówi neurolog z Kolumbii Philip De Jager, który kierował badaniem wraz z Vilasem Menonem, adiunktem nauk neurologicznych na Uniwersytecie Uniwersytet Kolumbii Vagelos College of Physicians and Surgeons oraz Naomi Habib z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie.
„Być może będziemy musieli zmodyfikować społeczności komórkowe, aby zachować funkcje poznawcze, a nasze badanie ujawnia punkty w sekwencji zdarzeń prowadzących do choroby Alzheimera, w których możemy interweniować”.
Analiza danych z 1,6 miliona komórek mózgowych
Badanie było cudem techniki, gdyż sprytnie łączyło nowe technologie molekularne, techniki uczenia maszynowego i dużą kolekcję mózgów ofiarowanych przez starzejące się osoby dorosłe.
Chociaż wcześniejsze badania próbek mózgów pacjentów z chorobą Alzheimera dostarczyły wiedzy na temat cząsteczek zaangażowanych w tę chorobę, nie ujawniły wielu szczegółów na temat tego, gdzie w długiej sekwencji zdarzeń prowadzących do choroby Alzheimera te geny odgrywają rolę i które komórki są zaangażowane na każdym etapie rozwoju choroby. proces.
„Wcześniejsze badania analizowały próbki mózgu jako całość i traciły wszystkie szczegóły komórkowe” – mówi De Jager. „Mamy teraz narzędzia umożliwiające badanie mózgu z większą rozdzielczością na poziomie pojedynczych komórek. Kiedy połączymy to ze szczegółowymi informacjami na temat stanu poznawczego dawców mózgu przed śmiercią, możemy zrekonstruować trajektorie starzenia się mózgu od najwcześniejszych stadiów choroby”.
Nowa analiza wymagała wykorzystania ponad 400 mózgów, które dostarczyły badania Religious Orders Study oraz Memory & Aging Project z siedzibą na Uniwersytecie Rush w Chicago.
W każdym mózgu badacze zebrali kilka tysięcy komórek z obszaru mózgu dotkniętego chorobą Alzheimera i starzeniem się. Następnie każdą komórkę poddano procesowi – pojedyncza komórka RNA sekwencjonowanie, które dało odczyt aktywności komórki i tego, które z jej genów były aktywne.
Dane ze wszystkich 1,6 miliona komórek zostały następnie przeanalizowane za pomocą algorytmów i technik uczenia maszynowego opracowanych przez Menona i Habiba w celu zidentyfikowania typów komórek obecnych w próbce i ich interakcji z innymi komórkami.
„Te metody pozwoliły nam uzyskać nowy wgląd w potencjalne sekwencje zdarzeń molekularnych, które skutkują zmianami w funkcjonowaniu mózgu i zaburzeniami funkcji poznawczych” – mówi Menon. „Było to możliwe tylko dzięki dużej liczbie dawców mózgu i komórek, z których zespół miał szczęście wygenerować dane”.
Starzenie się a choroba Alzheimera
Ponieważ mózgi pochodziły od ludzi znajdujących się na różnych etapach procesu chorobowego, badaczom udało się rozwiązać główne wyzwanie w badaniach nad chorobą Alzheimera: zidentyfikować sekwencję zmian w komórkach zaangażowanych w chorobę Alzheimera i odróżnić te zmiany od zmian związanych z normalnym starzeniem się mózgu.
„Proponujemy, aby dwa różne typy komórek mikrogleju – komórki odpornościowe mózgu – rozpoczynały proces akumulacji amyloidu i tau, który definiuje chorobę Alzheimera” – mówi De Jager.
Następnie, gdy patologia się nasili, różne komórki zwane astrocytami odgrywają kluczową rolę w zmianie połączeń elektrycznych w mózgu, co prowadzi do upośledzenia funkcji poznawczych. Komórki komunikują się ze sobą i wprowadzają dodatkowe typy komórek, co prowadzi do głębokich zakłóceń w funkcjonowaniu ludzkiego mózgu.
„To nowe, ekscytujące odkrycia, które mogą poprowadzić innowacyjny rozwój terapii choroby Alzheimera i starzenia się mózgu” – mówi De Jager.
„Rozumiejąc, w jaki sposób poszczególne komórki przyczyniają się do różnych stadiów choroby, poznamy najlepsze podejście do ograniczenia aktywności patogennych społeczności komórkowych u każdego osobnika, przywracając komórki mózgowe do ich zdrowego stanu” – mówi De Jager.
Odniesienie: „Społeczności komórkowe ujawniają trajektorie starzenia się mózgu i choroby Alzheimera” Gilad Sahar Green, Masashi Fujita, Hyun-Sik Yang, Mariko Taga, Anael Cain, Cristin McCabe, Natacha Comandante-Lou, Charles C. White, Anna K. Schmidtner , Lu Zeng, Alina Sigalov, Yangling Wang, Aviv Regev, Hans-Ulrich Klein, Vilas Menon, David A. Bennett, Naomi Habib i Philip L. De Jager, 28 sierpnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07871-6
Badanie zostało sfinansowane ze środków Narodowe Instytuty ZdrowiaInicjatywa Chana Zuckerberga, Izraelska Fundacja Nauki, Europejska Rada ds. Badań Naukowych, Chińskie Ministerstwo Nauki i Technologii, Fundacja Myers i Stowarzyszenie Alzheimera.
