Шизофренией и биполярным расстройством страдают миллионы людей по всему миру, однако диагностировать их крайне сложно. В отличие, например, от болезни Паркинсона, где можно измерить уровень дофамина, при этих психических заболеваниях нет явных биохимических маркеров. Сегодня диагноз ставится на основе клинического наблюдения, а подбор лекарств часто превращается в долгий процесс проб и ошибок.
«Мы надеемся, что уже в обозримом будущем можно будет не только подтверждать диагноз шизофрении или биполярного расстройства с помощью органоидов мозга, но и тестировать на них препараты, чтобы определить, какие концентрации помогут пациенту скомпенсировать болезнь», — говорит руководитель исследования, биомедицинский инженер из Университета Джонса Хопкинса Энни Катурия.
Для создания органоидов ученые превратили 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, которая отвечает за мышление высшего порядка. Органоиды даже производили миелин — вещество, которое изолирует нервные волокна и помогает нервным сигналам передаваться быстрее и без сбоев.
Ученые разместили органоиды на микрочипах с сеткой электродов, что позволило записывать электрическую активность нейронов подобно тому, как электроэнцефалограмма фиксирует работу мозга у пациентов. Затем с помощью машинного обучения команда проанализировала паттерны этих сигналов.
Оказалось, что определенные особенности электрической активности служат биомаркерами психических заболеваний. Только по этим сигналам алгоритм правильно определял, от какого пациента получен органоид, в 83 процентах случаев. Когда ткань мягко стимулировали электричеством для усиления нейронной активности, точность возрастала до 92 процентов. Нейроны пациентов с шизофренией и биполярным расстройством демонстрировали необычные всплески и изменения ритма, формируя характерную «подпись» для каждого состояния.
Технология «орган-на-чипе» по сути не нова: ученые разных стран уже успели создать «кожу-на-чипе», «печень-на-чипе», «легкое-на чипе», почечную ткань, которая сама выращивает кровеносные сосуды и даже «мозг-на-чипе», который управляет роботом. Теперь специалисты решили сосредоточиться не на возможности управления при помощи миниатюрного мозга, а на сбоях, которые возникают в этом органе при заболевании.
Хотя в исследовании пока что приняли участие всего 12 пациентов, ученые уже сотрудничают с психиатрами и нейрохирургами для расширения работы. Они надеются, что органоиды станут платформой для тестирования лекарств до их назначения конкретному пациенту. «Возможно, нам не придется проходить через полгода подбора препарата методом проб и ошибок. Возможно, мы сможем дать пациенту правильное лекарство гораздо раньше», — заключает Катурия.
Ранее ученые раскрыли тайну появления голосов в голове.