Новости и мнения

Мнение: новые модели для ASD

Изучение мини-«мозгов» в чашке, полученной из клеток пациента, предлагает новый подход для исследования расстройств аутистического спектра.

The complexity of the human brain, with thousands of different cell types and specialized communication networks, permits the development of sophisticated behavioral repertoires, such as language, self-awareness, cultural learning, and social interactions. Сложность человеческого мозга с тысячами различных типов клеток и специализированных коммуникационных сетей позволяет разрабатывать сложные поведенческие репертуары, такие как язык, самосознание, культурное обучение и социальные взаимодействия. Тем не менее, изощренность человеческого мозга может обойтись дорого: расстройства нервного развития, такие как расстройства аутистического спектра (РАС), могут значительно ухудшить способность человека функционировать в обществе.

Люди, страдающие от РАС, могут быть уязвимыми и зависимыми. Наиболее интригующим является их способность испытывать свое окружение. Люди с аутизмом могут расстраиваться, например, от взрыва мыльных пузырей или от прикосновения определенной одежды к их коже. Елка может показаться человеку с РАС более впечатляющим, чем столкновение звезд. Люди с РАС имеют внутреннее любопытство, и обучение является постоянным дополнением к забывчивой памяти. Некоторые из них – ученые, с необычайными дарами, которые бросают вызов логическому пониманию исследователей.

Люди с РАС в основном характеризуются трудностями в социальном общении и наличием сфокусированного повторяющегося или стереотипного поведения, появляющегося в течение первых трех лет жизни. Диагностика и лечение РАС основаны на сочетании имеющихся научных знаний, знакомства специалиста с расстройством и определенных в культурном отношении взглядов на развитие ребенка. РАС – это пожизненная инвалидность. Понимание причин ASD во время развития мозга является давней проблемой для нейробиологов, которые в настоящее время полагаются на несовершенные инструменты для накопления косвенных данных о мозге ASD.

Интуитивно, самый прямой метод изучения развивающегося человеческого мозга – это непосредственно исследовать живой орган. К сожалению, это не практично или неудовлетворительно – по крайней мере, с разрешением современных технологий. И по очевидным этическим причинам этот подход не подходит для экспериментальных манипуляций.

Ученые также исследуют посмертные ткани. Эта стратегия позволила получить интересные результаты о необычных траекториях развития в мозге аутичных детей. Но это также создает свой собственный набор проблем, в том числе то, что учебные материалы являются чрезвычайно редким ресурсом.

Исследователи ASD также полагаются на модели животных – чаще всего, на генно-инженерных мышей, которые имитируют определенные особенности ASD. Но так же, как у грызунов и людей есть некоторые основные общие черты, существуют также врожденные различия в их генетическом происхождении, иммунных системах, мозговых цепях и поведении. Ненадежность мышиной модели замедлила поступательный прогресс при РАС, поскольку подавляющее большинство лекарств, протестированных на мышах, не работало на людях.

Недавнее появление моделей стволовых клеток человека, таких как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), предложило многообещающие инструменты, чтобы пролить свет на ключевые клеточные и молекулярные вехи, связанные с РАС, открывая новые терапевтические возможности для лечения расстройств. Эти ИПСК могут быть выведены в нейроны и в дальнейшем развиты в модели in vitro. Разработанные в лаборатории мини-«мозги» можно изучать в поисках откровений о конкретных биохимических или клеточных особенностях, которые, вероятно, встречаются в развивающихся мозгах людей с РАС. Эти модели могут подвергаться воздействию возможных вредных факторов окружающей среды и возможных обработок.

Однако существуют серьезные ограничения, которые необходимо преодолеть. Нейроны в чашке не воспроизводят замысловатые нейронные сети человеческого мозга. Недостаток данных о нормальном нервном развитии человека является основным фактором для воссоздания в лаборатории более реалистичных моделей мозга с РАС. Достижения в области тканевой инженерии могут в конечном итоге позволить исследователям создавать нейронные микросхемы человека, которые воспроизводят некоторые происходящие динамические взаимодействия. Эти живые микросхемы были бы своего рода моделью in vitro-in-vivo – «мозг на кристалле», который позволял бы нейробиологам наблюдать и манипулировать целыми системами с предикативной силой.

Несмотря на эти ограничения, за последние несколько лет был достигнут значительный прогресс, предлагая беспрецедентную перспективу раннего развития мозга и того, как все может пойти не так.

Например, моя лаборатория использовала ИПСК, полученные от людей с РАС, чтобы исследовать, как специфические генные изменения приводят к дисфункции нейронов. Важно отметить, что мы смогли спасти нейроны, полученные из ASD, с помощью химических веществ-кандидатов, вернув нервные дефекты обратно к норме, указав на приложения для обнаружения лекарств. И с помощью социальных сетей мы сейчас возглавляем исследование под названием «Проект зубной феи», в котором мы извлекаем клетки из молочных зубов, пожертвованных семьями детей с РАС, и перепрограммируем их в полностью функционирующие клетки мозга. Эти клетки мозга демонстрируют специфические аномалии, относящиеся к ребенку, который пожертвовал зуб, что может привести к целенаправленному лечению, адаптированному к конкретной аутичной патологии каждого пациента.

Это все еще ранние этапы изучения этих методов, и предстоит еще много работы. Но все эти модели – в сочетании с приоритетным финансированием исследований для ускорения достижений в области системной биологии, компьютерного моделирования, визуализации человеческого мозга и популяционной генетики – предполагают, что будущее исследований аутизма является светлым.

Алиссон Р. Муотри – доцент кафедры педиатрии и клеточной и молекулярной медицины Калифорнийского университета, Школы медицины Сан-Диего и детской больницы Rady в Сан-Диего.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *