Într-un studiu publicat recent în Nature Communications, oamenii de știință de la Universitatea din California San Diego School of Medicine au folosit organoizi din creierul uman pentru a dezvălui modul în care o mutație genetică asociată cu o formă profundă de autism perturbă dezvoltarea neuronală.
Autismul, o tulburare de dezvoltare, poate ajunge să afecteze capacitatea unei persoane de a comunica și de a interacționa. Aceasta afectează sistemul nervos și afectează bunăstarea cognitivă, socială, emoțională și fizică a unui individ. Pentru a înțelege simptomele tulburării în detaliu, cercetătorii au studiat creierele crescute în laborator, dezvoltate din celule umane și au descoperit modificări ale structurii neurologice care ar putea fi în spatele unei tulburări din spectrul autismului (ASD) cunoscută sub numele de sindrom Pitt-Hopkins.
Echipa a reușit, de asemenea, să recupereze funcțiile genetice pierdute folosind două strategii de terapie diferite. Odată cu descoperirile, cercetătorii speră să găsească o modalitate de tratament care le-ar putea oferi persoanelor cu autism o modalitate de a-și îmbunătăți viața.
Mai multe boli neurologice și neuropsihiatrice, inclusiv tulburările din spectrul autismului (ASD) și schizofrenia, au fost legate de mutații ale factorului de transcripție 4 (TCF4), care este o genă esențială în dezvoltarea creierului. Factorii de transcripție se reglează atunci când alte gene sunt activate sau dezactivate, astfel încât prezența sau lipsa acestora poate avea un efect domino în embrionul în curs de dezvoltare. Cu toate acestea, se știu puține lucruri despre ce se întâmplă cu creierul uman atunci când TCF4 este supus mutației.
Pentru a răspunde la această întrebare, cercetătorii s-au concentrat pe Sindromul Pitt-Hopkins, care este cauzat în mod special de mutații în TCF4. Copiii cu afecțiune genetică au dizabilități cognitive și motorii profunde și sunt de obicei non-verbale.
Șoarecii cu sindromului Pitt-Hopkins nu reușesc să imite cu exactitate caracteristicile neuronale ale pacienților, așa că echipa UC San Diego a creat în schimb un model de cercetare umană al tulburării. Folosind tehnologia celulelor stem, ei au transformat celulele pielii pacienților în celule stem, care au fost apoi dezvoltate în organoizi cerebrali tridimensionali sau „mini-creier”.
Cercetătorii au studiat genele într-un mediu cât mai aproape de un creier în curs de dezvoltare pe cât puteau să obțină din punct de vedere etic. Ei au folosit celule ale pielii prelevate de la voluntari cu sindromul Pitt-Hopkins confirmat și le-au reprogramat în celule stem, care au stat la baza masei asemănătoare creierului crescută în laborator, o versiune simplificată a unui creier real.
Aceștia au studiat apoi progresul țesuturilor și le-au comparat cu țesuturile din genele TCF4 tipice. Organoizii cu mutații TCF4 au fost semnificativ mai mici decât organoizii obișnuiți, iar multe dintre celule au fost progenitoare neuronale mai degrabă decât neuroni, potrivit cercetătorilor. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că versiunea genei responsabile de sindromul Pitt Hopkins îngheață celulele care dau naștere la diferite tipuri de neuroni, afectând capacitatea acestora de a se diversifica. Acest lucru indică faptul că au existat mai puțini neuroni în cortex.
Sprijinind artificial acest semnal prin tratament medicamentos, cercetătorii au descoperit că ar putea returna cel puțin o parte din diversitatea neuronală și activitatea electrică în zonele corticale ale organoidelor.
Corectarea genetică a mutațiilor TCF4 în țesuturi a inversat, de asemenea, efectele mutațiilor, făcând organoizii construiți din voluntari cu sindromul Pitt Hopkins să arate mai asemănător cu organoizii de control.
Deși studiul prezent este primul de acest fel, descoperirile sunt importante și deschid drumul pentru cercetători în direcția studierii acestei spețe.
„Aceasta este mult mai mult decât o lucrare academică stelară; este o măsură adevărată a ceea ce poate realiza știința bine practicată pentru a schimba viețile umane în bine”, spuneAudrey Davidow, președintele Fundației de Cercetare Pitt Hopkins.
©Imagine: UC SAN DIEGO HEALTH SCIENCES
Articol de Izabela Constantin
