Вчені зробили важливий крок до розуміння того, як саме працює мозок при тяжких психічних розладах. Використовуючи крихітні «мозкові органоїди», вирощені в лабораторії, дослідники вперше змогли зафіксувати відмінні електричні сигнали, характерні для шизофренії та біполярного розладу. Результати роботи можуть у майбутньому змінити підходи до діагностики та лікування цих станів.
Дослідження опубліковане в науковому журналі APL Bioengineering і стало спільною роботою команди з Університету Джонса Гопкінса. Науковці прагнули відповісти на складне питання: чому ці психіатричні розлади так важко діагностувати та чому лікування часто перетворюється на довгий шлях проб і помилок.
Мозок «у чашці Петрі»
Для експерименту дослідники створили органоїди — мініатюрні моделі мозкової тканини розміром приблизно з горошину. Їх виростили зі стовбурових клітин, отриманих із крові та шкіри людей із шизофренією, біполярним розладом і без психічних захворювань.
Ці органоїди імітують роботу ділянок префронтальної кори — зони мозку, відповідальної за мислення, прийняття рішень і контроль поведінки. Усередині таких «міні-мозків» формуються нейронні мережі, що передають сигнали так само, як і в реальному мозку людини.
Машинне навчання читає сигнали нейронів
Ключову роль у дослідженні відіграв штучний інтелект. За допомогою алгоритмів машинного навчання вчені проаналізували електричну активність нейронів і змогли виявити тонкі, але стабільні відмінності між здоровими органоїдами та тими, що пов’язані з психіатричними розладами.
Спочатку точність визначення походження органоїда становила близько 83%. Після додаткової слабкої електричної стимуляції нейронів вона зросла до 92%. Фактично дослідники змогли «зчитувати» унікальні електричні підписи шизофренії та біполярного розладу.
Унікальні «електричні відбитки» хвороб
Виявлені відмінності не зводилися до одного параметра. Йшлося про складні комбінації частоти імпульсів, їхнього таймінгу та взаємодії між різними нейронними мережами. Саме ця багатовимірна картина дозволила відрізнити один розлад від іншого.
Щоб зафіксувати ці процеси, органоїди розміщували на спеціальних мікрочипах із сіткою електродів. Така система працювала як мініатюрна версія електроенцефалограми (ЕЕГ), якою лікарі користуються в клінічній практиці.
Крок до персоналізованої психіатрії
Хоча дослідження охопило лише 12 пацієнтів, науковці вважають його надзвичайно перспективним. У майбутньому подібні органоїди можуть використовуватися не лише для підтвердження діагнозу, а й для підбору ліків.
Зараз лікування шизофренії та біполярного розладу часто займає місяці: лікарі змінюють препарати та дозування, поки не знайдуть ефективну комбінацію. Наприклад, близько 40% пацієнтів із шизофренією не реагують на клоразепін — один із найпоширеніших препаратів.
У перспективі лікарі зможуть перевіряти дію різних ліків безпосередньо на органоїдах, вирощених із клітин конкретного пацієнта. Це може суттєво скоротити шлях до ефективного лікування і зменшити кількість побічних ефектів.
Нові горизонти для медицини
Дослідники наголошують: це лише початок. Наступні етапи включатимуть більші вибірки пацієнтів і глибше вивчення того, як різні препарати змінюють електричну активність нейронів. Втім уже зараз зрозуміло, що «мозок у лабораторії» відкриває нову сторінку в психіатрії — більш точну, персоналізовану та засновану не лише на спостереженнях, а й на об’єктивних біологічних даних.