Μια ερευνητική ομάδα από το Duke-NUS Medical School παρουσίασε έναν πρωτοποριακό χάρτη του ανθρώπινου εγκεφάλου, ικανό να αποκαλύψει πώς σχηματίζονται και λειτουργούν τα νευρικά κύτταρα σε μοριακό επίπεδο. Το εγχείρημα, γνωστό ως BrainSTEM (Brain Single-cell Two tiEr Mapping), καταγράφει σχεδόν 680.000 κύτταρα του αναπτυσσόμενου ανθρώπινου εγκεφάλου και αναμένεται να ανοίξει νέους δρόμους στην κατανόηση και θεραπεία της νόσου του Parkinson.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science Advances, δημιουργεί για πρώτη φορά έναν ολοκληρωμένο μονοκυτταρικό «άτλαντα» που χαρτογραφεί κάθε τύπο κυττάρου, το γενετικό του αποτύπωμα και τις αλληλεπιδράσεις του με τα υπόλοιπα. Με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες μπορούν να συγκρίνουν τα αποτελέσματα των εργαστηριακών μοντέλων με την πραγματική βιολογία του ανθρώπινου εγκεφάλου, κάτι που μέχρι σήμερα ήταν εξαιρετικά δύσκολο.
Η ασθένεια του Parkinson αποτελεί τη δεύτερη συχνότερη νευροεκφυλιστική πάθηση στη Σιγκαπούρη, επηρεάζοντας περίπου τρεις στους χίλιους ανθρώπους άνω των 50 ετών. Η νόσος προκαλεί βλάβες στους ντοπαμινεργικούς νευρώνες του μέσου εγκεφάλου, τα κύτταρα δηλαδή που απελευθερώνουν ντοπαμίνη – μια ουσία ζωτικής σημασίας για την κίνηση, τη μάθηση και τη συναισθηματική ισορροπία.
Η αποκατάσταση ή αντικατάσταση αυτών των κυττάρων θεωρείται το «ιερό δισκοπότηρο» των θεραπειών του Parkinson. Ωστόσο, η ανάπτυξή τους σε εργαστηριακές συνθήκες παραμένει περίπλοκη και συχνά οδηγεί σε κύτταρα που δεν αντικατοπτρίζουν πλήρως τη φυσική τους λειτουργία. Το BrainSTEM φιλοδοξεί να λύσει αυτό ακριβώς το πρόβλημα.
Η ομάδα του καθηγητή Joshua Yang στο Duke-NUS ανέπτυξε μια δισδιάστατη μέθοδο χαρτογράφησης — τη λεγόμενη προσέγγιση δύο επιπέδων — που εξετάζει πρώτα το σύνολο των κυττάρων του εμβρυϊκού εγκεφάλου και στη συνέχεια εστιάζει με ακρίβεια στον μέσο εγκέφαλο, εντοπίζοντας τους ντοπαμινεργικούς νευρώνες.
Η λεπτομερής αυτή απεικόνιση παρέχει πλέον ένα σημείο αναφοράς για ερευνητές σε όλο τον κόσμο: έναν «παγκόσμιο οδηγό» για τη δημιουργία ακριβέστερων μοντέλων του ανθρώπινου εγκεφάλου. Όπως εξηγεί η Dr. Hilary Toh, υποψήφια MD-PhD και μία από τις πρώτες συγγραφείς της μελέτης, «το νέο μας μοντέλο δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να παράγουν κύτταρα που ανταποκρίνονται πιστά στη βιολογία του ανθρώπου. Μόνο έτσι μπορούμε να αυξήσουμε την αποτελεσματικότητα των θεραπειών και να μειώσουμε τις παρενέργειες».
Τα αποτελέσματα του BrainSTEM δείχνουν ότι πολλές από τις σημερινές εργαστηριακές μεθόδους καλλιέργειας νευρικών κυττάρων παράγουν «παράπλευρους» κυτταρικούς τύπους που προέρχονται από άλλες περιοχές του εγκεφάλου. Αυτές οι ανεπιθύμητες αποκλίσεις ενδέχεται να υπονομεύουν την αποτελεσματικότητα των πειραματικών θεραπειών.
Ο Dr. John Ouyang, επικεφαλής ερευνητής στο Centre for Computational Biology του Duke-NUS, εξηγεί ότι η ανάλυση σε μονοκυτταρικό επίπεδο επιτρέπει πλέον στους επιστήμονες να εντοπίζουν και τις πιο λεπτές διαφοροποιήσεις. «Η ακρίβεια που προσφέρει το BrainSTEM είναι καθοριστική για τη δημιουργία AI μοντέλων που θα μπορούν να αναγνωρίζουν διαφορές μεταξύ ασθενών και να σχεδιάζουν στοχευμένες θεραπείες για νευροεκφυλιστικές παθήσεις», αναφέρει.
Ο βοηθός καθηγητή Alfred Sun, συν-συγγραφέας της μελέτης, προσθέτει πως «το BrainSTEM θέτει τα θεμέλια για πιο αξιόπιστες και ασφαλείς κυτταρικές θεραπείες. Για πρώτη φορά έχουμε μια αυστηρά δεδομενοκεντρική προσέγγιση που εγγυάται πως τα μοντέλα του Parkinson θα αντανακλούν πραγματικά τη βιολογία του ανθρώπινου εγκεφάλου».
Ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία του εγχειρήματος είναι ο ανοιχτός χαρακτήρας του. Οι ερευνητές σκοπεύουν να διαθέσουν δημόσια τόσο τον χάρτη του εγκεφάλου όσο και το ίδιο το μοντέλο BrainSTEM, ώστε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο να μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για περαιτέρω μελέτες.
Η μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί για την απομόνωση οποιουδήποτε τύπου κυττάρου στον εγκέφαλο, κάτι που ανοίγει τον δρόμο για ανακαλύψεις πέρα από το Parkinson — από την Alzheimer μέχρι την κατανόηση των μηχανισμών της μάθησης και της μνήμης.
Ο καθηγητής Patrick Tan, αντικοσμήτορας έρευνας στο Duke-NUS, τόνισε ότι η νέα τεχνολογία «επαναπροσδιορίζει τα επιστημονικά πρότυπα» για την ανάλυση πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων. «Με το να κατανοούμε πώς αναπτύσσεται ο ανθρώπινος μέσος εγκέφαλος σε τέτοια λεπτομέρεια, επιταχύνουμε όχι μόνο την έρευνα του Parkinson, αλλά και τη δημιουργία νέων, εξατομικευμένων θεραπειών».
Το BrainSTEM αποτελεί υπόσχεση ότι η επιστήμη μπορεί να πλησιάσει λίγο περισσότερο την κατανόηση του ίδιου του ανθρώπινου νου. Με την ακρίβεια του χάρτη και τη διαφάνεια της μεθοδολογίας, οι επιστήμονες έχουν πλέον στα χέρια τους ένα εργαλείο που μπορεί να μεταμορφώσει τη νευρολογία και να ανοίξει νέους δρόμους στη θεραπεία ασθενειών που μέχρι τώρα θεωρούνταν ανίατες.
[source]
