Дослідження 1,6 мільйона клітин мозку розгадує таємниці хвороби Альцгеймера

Дослідження 1,6 мільйона клітин мозку виявило ранні клітинні зміни при хворобі Альцгеймера та можливості втручання за допомогою передових технологій для диференціації прогресування захворювання від нормального старіння.

Аналіз понад 1,6 мільйона клітин мозку літніх людей виявив клітинні зміни, які відбуваються на ранніх стадіях хвороби Альцгеймера. Ці висновки потенційно можуть відкрити нові стратегії для запобігання найпоширенішої причини деменції у літніх людей. Дослідження також виявило другу спільноту клітин, яка рухає старший мозок іншим шляхом, який не призводить до хвороби Альцгеймера.

«Наше дослідження підкреслює, що хвороба Альцгеймера — це хвороба багатьох клітин та їх взаємодії, а не лише одного типу дисфункційних клітин», — каже невролог Колумбійського університету Філіп Де Джагер, який керував дослідженням разом із Віласом Меноном, доцентом кафедри неврологічних наук Колумбійського університету Вагелос. Коледж лікарів і хірургів та Наомі Хабіб з Єврейського університету в Єрусалимі.

«Нам може знадобитися модифікувати клітинні спільноти, щоб зберегти когнітивні функції, і наше дослідження розкриває точки вздовж послідовності подій, що призводять до хвороби Альцгеймера, куди ми можемо втрутитися».

Вичерпні дані 1,6 мільйона клітин мозку

Дослідження було технічним дивом, вміло поєднавши нові молекулярні технології, методи машинного навчання та велику колекцію мізків, подарованих літніми людьми. Хоча попередні дослідження зразків мозку пацієнтів з хворобою Альцгеймера дозволили зрозуміти молекули, що беруть участь у хворобі, вони не розкрили багато деталей про те, де в довгій послідовності подій, що призводять до хвороби Альцгеймера, ці гени відіграють роль і які клітини беруть участь на кожному етапі процес.

«Попередні дослідження аналізували зразки мозку в цілому, і вони втрачали всі клітинні деталі», — каже Де Джагер. «Тепер у нас є інструменти, щоб дивитися на мозок у кращій роздільній здатності, на рівні окремих клітин. Коли ми поєднаємо це з детальною інформацією про когнітивний стан донорів мозку перед смертю, ми зможемо реконструювати траєкторії старіння мозку з найранніших стадій хвороби».

Для нового аналізу знадобилося понад 400 мізків, які були надані Religious Orders Study і Memory & Aging Project в Університеті Раша в Чикаго.

У кожному мозку дослідники зібрали кілька тисяч клітин із ділянки мозку, ураженої хворобою Альцгеймера та старінням. Після цього кожна клітина проходила через процес — секвенування одноклітинної РНК, — який дав зчитування активності клітини та того, які з її генів були активними.

Потім дані з усіх 1,6 мільйона клітин були проаналізовані за допомогою алгоритмів і методів машинного навчання, розроблених Меноном і Хабібом, щоб ідентифікувати типи клітин, присутні в зразку, і їх взаємодію з іншими клітинами.

«Ці методи дозволили нам отримати нове уявлення про потенційні послідовності молекулярних подій, які призводять до зміни функції мозку та когнітивних порушень», — каже Менон. «Це стало можливим лише завдяки великій кількості донорів мозку та клітин, з яких команді пощастило отримати дані».

Старіння проти хвороби Альцгеймера

Оскільки мозок походив від людей, які перебували на різних етапах захворювання, дослідники змогли вирішити важливу проблему в дослідженні хвороби Альцгеймера: визначити послідовність змін у клітинах, залучених до хвороби Альцгеймера, і відрізнити ці зміни від змін, пов’язаних із нормальним старінням мозку.

«Ми припускаємо, що два різних типи мікрогліальних клітин — імунні клітини мозку — починають процес накопичення амілоїду і тау-тау, які визначають хворобу Альцгеймера», — каже Де Джагер.

Після накопичення патології різні клітини, які називаються астроцитами, відіграють ключову роль у зміні електричного зв’язку в мозку, що призводить до когнітивних порушень. Клітини спілкуються одна з одною і привносять додаткові типи клітин, які призводять до глибоких порушень у функціонуванні людського мозку.

«Це захоплююче нове розуміння, яке може скеровувати інноваційні терапевтичні розробки для лікування хвороби Альцгеймера та старіння мозку», — каже Де Джагер.

«Зрозумівши, як окремі клітини впливають на різні стадії захворювання, ми дізнаємося найкращий підхід, за допомогою якого можна знизити активність патогенних клітинних спільнот у кожної людини, повертаючи клітини мозку до їх здорового стану», — говорить Де Джагер.