Naukowcy z Johns Hopkins Medicine opracowali innowacyjną metodę wykorzystania laboratoryjnych modeli mózgu do przewidywania skuteczności leczenia choroby Alzheimera. Badania nad tzw. organoidami, czyli miniaturowymi strukturami tkankowymi wyhodowanymi z komórek pacjentów, otwierają nowe możliwości w personalizacji terapii psychiatrycznych stosowanych u osób zmagających się z tą formą demencji.
Miniaturowe modele mózgu w służbie medycyny personalizowanej
Choroba Alzheimera dotyka ponad 7 milionów Amerykanów i obecnie pozostaje nieuleczalna. Pacjenci często zmagają się z objawami neuropsychiatrycznymi, takimi jak stany lękowe, depresja czy pobudzenie, które łagodzi się za pomocą inhibitorów zwrotnego wychwytu serotoniny (SSRI). Odpowiedź na te leki jest jednak bardzo zróżnicowana, co utrudnia dobór odpowiedniej terapii.
Nasze badanie sugeruje, że wielkoskalowe organoidy mózgowe pochodzące od pacjentów oraz wydzielane przez nie pęcherzyki mogą pomóc nam w określaniu stadium choroby Alzheimera, badaniu mechanizmów jej rozwoju oraz ocenie, jak różne podgrupy pacjentów mogą reagować na odmienne metody leczenia.
Zespół badawczy pod kierownictwem dr Vasiliki Machairaki skupił się na modelowaniu tylnej części mózgu, odpowiedzialnej za funkcje życiowe, takie jak sen, tętno czy oddychanie. Wykorzystując setki organoidów, naukowcy stworzyli jeden z największych dotychczasowych modeli w badaniach nad tą chorobą.
Od komórek krwi do tkanki mózgowej
Proces tworzenia modeli rozpoczyna się od pobrania próbek krwi od pacjentów z chorobą Alzheimera oraz osób zdrowych. Komórki te są przeprogramowywane do stanu indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, które mają zdolność przekształcania się w dowolny typ komórek organizmu. W efekcie powstają struktury wielkości ziarnka grochu, zawierające wyspecjalizowane neurony produkujące serotoninę.
Analiza molekularna wykazała, że organoidy wyhodowane z komórek pacjentów z Alzheimerem wiernie odtwarzają kluczowe cechy biologiczne choroby, w tym różnice w białkach odpowiedzialnych za komunikację międzykomórkową oraz procesy zapalne. Po podaniu escitalopramu – popularnego leku przeciwdepresyjnego – zaobserwowano zróżnicowane reakcje:
- W części organoidów lek zwiększył poziom białek zaangażowanych w sygnalizację serotoninową, co jest pożądanym efektem terapeutycznym.
- Inne próbki wykazały znikomą lub zerową odpowiedź molekularną na leczenie.
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe jako diagnostyka przyszłości
Kluczowym odkryciem badania jest rola pęcherzyków zewnątrzkomórkowych, które są uwalniane przez organoidy. Zawierają one białka istotne dla pracy mózgu, takie jak RAB3A, NSF czy ATCAY. Naukowcy zauważyli, że u pacjentów z Alzheimerem poziomy tych białek są obniżone, co może stanowić nowy biomarker diagnostyczny.
Badacze mają nadzieję, że w przyszłości analiza tych pęcherzyków pozwoli na przeprowadzenie tzw. płynnej biopsji. Taki test mógłby nie tylko diagnozować chorobę, ale także precyzyjnie określać jej stadium oraz podtyp, co pozwoliłoby lekarzom na wybór terapii o najwyższym prawdopodobieństwie sukcesu dla konkretnego pacjenta.
Kolejnym etapem prac zespołu będzie udoskonalenie modeli poprzez dodanie komórek odpornościowych oraz sieci naczyniowych, co pozwoli na jeszcze dokładniejsze odwzorowanie środowiska żywego ludzkiego mózgu. Wyniki badań zostały opublikowane na łamach czasopisma Alzheimer’s & Dementia.