Ученые создали в лаборатории миниатюрные мозги размером с горошину, которые впервые позволяют детально рассмотреть, чем нейроны пациентов с шизофренией и биполярным расстройством отличаются от нейронов здоровых людей.
Шизофрению и биполярное расстройство переживают миллионы людей по всему миру, но их диагностика составляет значительную сложность. В отличие от болезни Паркинсона, где возможно измерение уровня дофамина, в случае этих психических расстройств отсутствуют четкие биохимические маркеры. На сегодняшний день диагноз ставится на основании клинического наблюдения, а подбор медикаментов часто превращается в длительный процесс проб и ошибок.
«Мы надеемся, что уже в ближайшем будущем будет возможно не только подтверждать диагноз шизофрении или биполярного расстройства при помощи органоидов мозга, но и тестировать на них препараты, чтобы определить, какие дозировки помогут пациенту справиться с заболеванием», — заявляет руководитель исследования, биомедицинский инженер из Университета Джонса Хопкинса Энни Катурия.
Для создания органоидов исследователи преобразовали клетки крови и кожи пациентов с шизофренией, биполярным расстройством и здоровых добровольцев в стволовые клетки, способные развиваться в мозговую ткань. Полученные мини-мозги достигали трех миллиметров в диаметре и содержали несколько типов нервных клеток, характерных для префронтальной коры — области, отвечающей за высшее мышление. Органоиды даже производили миелин — вещество, изолирующее нервные волокна и способствующее более быстрому и надежному передаче нервных сигналов.
Исследователи поместили органоиды на микрочипы с электродами, что позволило фиксировать электрическую активность нейронов, аналогично тому, как электроэнцефалограмма регистрирует работу мозга у пациентов. Затем с помощью машинного обучения команда проанализировала паттерны этих сигналов.
Выяснилось, что некоторые особенности электрической активности могут служить биомаркерами психических заболеваний. Только по этим сигналам алгоритм успешно определял, от какого пациента был получен органоид, в 83 процентах случаев. При мягкой электрической стимуляции ткани для усиления нейронной активности точность возрастала до 92 процентов. Нейроны пациентов с шизофренией и биполярным расстройством показывали необычные всплески и изменения ритма, создавая характерную «подпись» для каждого состояния.
Технология «орган-на-чипе» по сути не является новшеством: ученые из разных стран уже создали «кожу-на-чипе», «печень-на-чипе», «легкое-на-чипе», почечную ткань, которая самостоятельно формирует кровеносные сосуды, и даже «мозг-на-чипе», который управляет роботом. Теперь специалисты решили сосредоточиться не на управлении с помощью миниатюрного мозга, а на сбоях, возникающих в этом органе при заболеваниях.
