Χρησιμοποιώντας μοντέλα ανθρώπινου “μίνι εγκεφάλου”, γνωστά ως οργανοειδή (organoids), επιστήμονες της Mayo Clinic και του πανεπιστημίου Yale ανακάλυψαν ότι οι ρίζες της διαταραχής του φάσματος του αυτισμού μπορεί να σχετίζονται με μια ανισορροπία συγκεκριμένων νευρώνων που παίζουν κρίσιμο ρόλο στον τρόπο επικοινωνίας και λειτουργίας του εγκεφάλου. Τα συγκεκριμένα κύτταρα είναι γνωστά ως διεγερτικοί φλοιώδεις νευρώνες (excitatory cortical neurons).
Η νέα μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Neuroscience.
Ευρήματα
Η ομάδα βρήκε μια ανώμαλη ανισορροπία των διεγερτικών νευρώνων στον πρόσθιο εγκέφαλο των ατόμων με αυτισμό, ανάλογα με το μέγεθος του κεφαλιού τους.
“Αυτή η οργανοειδής τεχνολογία μας επέτρεψε να αναδημιουργήσουμε την αλλαγή της ανάπτυξης του εγκεφάλου που συνέβη στους ασθενείς όταν βρίσκονταν ακόμα σε εμβρυικό στάδιο στην μήτρα, η οποία πιστεύεται ότι είναι η στιγμή που εμφανίζεται η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού”, λέει ο δρ. Alexej Abyzov, ερευνητής γονιδιώματος στο Τμήμα Ποσοτικών Επιστημών Υγείας του Mayo Clinic Center for Individualized Medicine. Ο δρ. Abyzov είναι ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Τι είναι η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού
Η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού είναι μια νευρολογική κατάσταση που επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο το άτομο αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του και αλληλεπιδρά με τους άλλους. Οδηγεί σε δυσκολίες στην κοινωνική επικοινωνία και συμπεριφορά. Ο όρος φάσμα δίνει έμφαση στην ποικιλία των συμπτωμάτων και της σοβαρότητας της πάθησης που περιλαμβάνει τον αυτισμό, το σύνδρομο Asperger και άλλες μορφές αναπτυξιακών διαταραχών.
Περισσότερα για τους «μίνι εγκεφάλους» του εργαστηρίου
Για τις ανάγκες της μελέτης, οι επιστήμονες δημιούργησαν αρχικά μικροσκοπικά τρισδιάστατα μοντέλα που παρομοιάζουν με εγκέφαλο και ονομάζονται οργανοειδή. Οι ομάδες κυττάρων σε μέγεθος μπιζελιού ξεκίνησαν ως κύτταρα δέρματος από άτομα με διαταραχή του φάσματος του αυτισμού. Τα κύτταρα του δέρματος “επαναπρογραμματίστηκαν” υπό εργαστηριακές συνθήκες ώστε να έρθουν σε κατάσταση που μοιάζει με βλαστοκύτταρα: τα επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (induced pluripotent stem cells). Αυτά τα λεγόμενα “βασικά” κύτταρα μπορούν να εξαναγκαστούν ώστε να αναπτυχθούν σε οποιοδήποτε κύτταρο στο σώμα, συμπεριλαμβανομένων των εγκεφαλικών κυττάρων.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια ειδική τεχνολογία, που ονομάζεται αλληλουχία μονοκυττάρου RNA (single-cell RNA sequencing), για να μελετήσουν τα πρότυπα γονιδιακής έκφρασης μεμονωμένων εγκεφαλικών κυττάρων. Συνολικά, εξέτασαν 664.272 εγκεφαλικά κύτταρα σε τρία διαφορετικά στάδια ανάπτυξης του εγκεφάλου.
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η ανισορροπία των νευρώνων προήλθε από αλλαγές στη δραστηριότητα ορισμένων γονιδίων γνωστών ως “παράγοντες αντιγραφής”, που παίζουν κρίσιμο ρόλο στην κατεύθυνση της ανάπτυξης των κυττάρων κατά τα αρχικά στάδια του σχηματισμού του εγκεφάλου.
Τομέας πολυετούς μελέτης
Αυτή η μελέτη βασίζεται σε δημοσιευμένες μελέτες 13 ετών για τη διαταραχή του φάσματος του αυτισμού από τον δρ. Abyzov και τους συνεργάτες του, συμπεριλαμβανομένης της δρ. Flora Vaccarino, νευροεπιστήμονα στο πανεπιστήμιο Yale. Σε μια πρωτοποριακή μελέτη, έδειξαν μοριακές διαφορές στα οργανοειδή μεταξύ των ατόμων με αυτισμό και εκείνων χωρίς. Επίσης, ενέπλεξαν την απορρύθμιση ενός συγκεκριμένου μεταγραφικού παράγοντα που ονομάζεται FOXG1, ως υποκείμενη αιτία της διαταραχής.
«Ο αυτισμός είναι κυρίως μια γενετική ασθένεια. Στόχος μας είναι να είμαστε σε θέση να προσδιορίσουμε τον κίνδυνο διαταραχής του φάσματος του αυτισμού και πιθανώς να τον αποτρέψουμε σε ένα αγέννητο παιδί χρησιμοποιώντας προγεννητικό γενετικό έλεγχο. Ωστόσο, αυτό θα απαιτούσε λεπτομερή γνώση του τρόπου με τον οποίο εκτροχιάζεται η ρύθμιση του εγκεφάλου στην φάση της πρώιμης ανάπτυξής του. Υπάρχουν πολλές πτυχές στις οποίες τα οργανοειδή θα μπορούσαν να βοηθήσουν προς αυτήν την κατεύθυνση”, είπε ο δρ. Abyzov.