Мини-мозги помогли выявить уникальные электрические сигнатуры шизофрении и биполярного расстройства

Учёные вырастили в лаборатории миниатюрные мозговые органоиды размером с горошину, которые позволили впервые выявить уникальные электрические паттерны, связанные с шизофренией и биполярным расстройством. Это открытие может в будущем изменить подход к диагностике и подбору лекарств для этих психических заболеваний.

Мозговые органоиды, выращенные из клеток пациентов, выявили уникальные электрические сигнатуры, связанные с шизофренией и биполярным расстройством. Иллюстрация: AI/ScienceDaily.com

Исследование, опубликованное в журнале APL Bioengineering, было проведено командой биомедицинских инженеров из Университета Джонса Хопкинса под руководством Энни Катурии. Учёные создали органоиды из стволовых клеток, полученных из крови и кожи пациентов с шизофренией, биполярным расстройством и здоровых людей.

Шизофрения и биполярное расстройство очень сложно диагностировать, потому что нет конкретной части мозга, которая «отключается». Наша надежда в том, что в будущем мы сможем не только подтвердить диагноз пациента с помощью органоидов, но и начать тестировать на них лекарства, чтобы понять, какие концентрации препаратов могут помочь вернуться к здоровому состоянию.

Анализируя электрическую активность нейронов в мини-мозгах с помощью машинного обучения, исследователи обнаружили, что специфические особенности этой активности служат биомаркерами заболеваний. По этим электрическим сигналам удалось правильно определить, какие органоиды принадлежали пациентам, в 83% случаев. После мягкой электрической стимуляции, усиливающей нейронную активность, точность возросла до 92%.

Нейроны пациентов демонстрировали необычные пики активности и изменения во времени срабатывания, создавая уникальную электрическую сигнатуру для каждого состояния.

Для сбора данных органоиды размещали на микрочипах с многоэлектродными массивами, что позволило записывать их активность, подобно миниатюрной электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Развитые органоиды диаметром около 3 мм содержали различные типы нейронных клеток, характерные для префронтальной коры, и даже производили миелин.

Хотя в исследовании участвовали образцы всего 12 пациентов, учёные видят в этом методе потенциал для персонализированной психиатрии. Органоиды могут стать платформой для тестирования лекарств, что позволит сократить длительный период подбора терапии методом проб и ошибок, который сейчас может занимать до полугода.

Команда уже сотрудничает с нейрохирургами и психиатрами, собирая дополнительные образцы крови пациентов для изучения влияния различных концентраций препаратов на активность органоидов.