Використання шкірно-клітинних досліджень для зондування клітинних основ аутизму
Неврологи медичної школи Стенфордського університету вивчали клітини пацієнтів із синдромом Тімоті, рідкісним генетичним захворюванням, яке асоціюється з однією з найбільш проникаючих форм аутизму: Іншими словами, більшість людей з мутацією синдрому Тімоті мають аутизм як симптом, серед інші проблеми.
Аутизм - це спектр порушень розвитку з порушенням соціальної та вербальної взаємодії. На жаль, медична наука не розробила методу лікування основних причин аутизму. Отже, розуміння того, що не вдається у розвитку аутичного мозку, є сферою значних досліджень.
У поточному дослідженні вчені припускають, що аутизм у пацієнтів із синдромом Тімоті спричинений генною мутацією, яка перешкоджає спілкуванню нервових клітин.
Зокрема, вчені вважають, що мутація генів робить кальцієві канали в мембранах нейронів дефектними, заважаючи способу взаємодії та розвитку цих нейронів.
Потік кальцію в нейрони дозволяє їм стріляти, і спосіб регулювання потоку кальцію є ключовим фактором того, як функціонує наш мозок.
Дослідники також виявили, що клітини мозку, вирощені з осіб із синдромом Тімоті, призвели до зменшення кількості клітин, що з'єднують обидві половини мозку, а також до перевиробництва двох хімічних повідомників мозку - дофаміну та норадреналіну. Крім того, вони виявили, що вони можуть змінити ці ефекти, хімічно блокуючи несправні канали.
Сергій Паска, доктор медичних наук, та Рікардо Долмеч, доктор філософії, керували дослідженням, яке опубліковане в Інтернеті в Природна медицина.
На думку дослідників, прогалини в нашому розумінні причин психічних розладів, таких як аутизм, ускладнили їх лікування. Природно, що дослідження аутизму та інших психіатричних та неврологічних захворювань обмежується неможливістю брати зразки та експериментувати на живих тканинах мозку.
Для вирішення цього питання Долмеч та його колеги застосували новий підхід, що включає так звані індуковані плюрипотентні стовбурові клітини або клітини iPS.
"Ми розробили спосіб вилучення клітин шкіри у людей із синдромом Тімоті та перетворення їх у стовбурові клітини, а потім перетворення цих стовбурових клітин у нейрони", - сказав Долмеч. Вчені вирощували ці клітини iPS як вільно плаваючі грудочки в розчині, багатому поживними речовинами, пізніше переносячи грудочки на пластинки культури тканин.
У середовищі деякі пластини розвивали тривимірні, схожі на мозок сфери, клітини яких пізніше мігрували назовні і дозрівали до нейронів.
Ці нейрони утворили три різні шари, що є першим наближенням живої тканини мозку. Візуалізуючи ці нейрони під мікроскопом та визначаючи кількісну експресію їх генів, вчені змогли на клітинному рівні охарактеризувати відхилення, які можуть бути пов'язані з аутизмом.
Нейрони, вирощені з клітин iPS з синдромом Тімоті, демонстрували більші, ніж зазвичай, стрибки рівня кальцію, що свідчить про те, що кальцієві канали втратили здатність відключатися. Це призвело до різких змін у передачі сигналів нейронів, переконфігурувавши спосіб експресії генів.
Висновок підкріплює думку, що аутизм є наслідком дефектів зв’язку мозку.
У Паски та Долмеша був момент "ага", коли вони зрозуміли, що нейрони, вирощені з клітин синдрому Тімоті, роблять занадто багато ферменту, найбільш важливого для вироблення дофаміну та норадреналіну, які відіграють важливу роль у сенсорній обробці та соціальній поведінці. Усвідомлення може запропонувати важливі підказки про те, що викликає проблеми, що спостерігаються при аутизмі.
Щоб визначити, чи підсилення ферментів було оборотним, вчені обробили нейрони хімічною речовиною, яка блокує дефектні кальцієві канали, званою росковітином.
Вони спостерігали майже на 70 відсотків зменшення частки клітин, що продукують фермент, підтверджуючи, що дефектний кальцієвий канал був винуватцем у виробленні занадто великої кількості дофаміну та норадреналіну. Така оборотність припускає, що певні клітинні відхилення від аутизму можуть бути виліковними.
Однак Долмеч попередив, що росковітин в даний час не схвалений для використання у людей і ніколи не тестувався на дітях. Поки він зараз перебуває у клінічних випробуваннях на рак легенів, він, як повідомляється, викликає нудоту та інші побічні ефекти.
"Повідомлені побічні ефекти пов'язані, мабуть, з тим фактом, що, крім спрямованості на канал, який мутує при аутизмі, росковітин також інгібує кінази, необхідні для проліферації клітин", - сказав він. "Ми вважаємо, що росковітин є хорошою відправною точкою, але, мабуть, його слід оптимізувати, перш ніж він буде корисним для аутизму".
Тим часом дослідження є головним досягненням завдяки його успіху у розробці методики відтворення способу розвитку нейронів людей із синдромом Тімоті в лабораторних умовах. Це вперше стало можливим вивчити розлад в клітинах людини, а не в клітинах миші, тому це є кращою клінічною моделлю, сказав Долмеч.
"Ці результати можуть призвести до дуже потужного інструменту дослідження", - сказав він. "Це психічна хвороба людини в чашці Петрі".
Джерело: Медичний центр Стенфордського університету
