В новом исследовании, проведенном в лаборатории доктора философии Джейсона Стейна, было смоделировано развитие мозга в чашке Петри для выявления клеток и генов, влияющих на рост мозга у младенцев — признак, связанный с аутизмом.

Исследователи добились значительных успехов в понимании ранних признаков аутизма.

Исследования показали, что определенные факторы, такие как генетика, недостаток сна, избыток жидкости в головном мозге и размер мозга, могут повышать риск аутизма.

Размер мозга и факторы риска аутизма

В последние годы чрезмерный рост головного мозга стал рассматриваться как новый потенциальный ранний биомаркер аутизма. Исследователи сейчас пытаются понять, почему и как это происходит. Новое исследование в лаборатории Джейсона Стейна, доктора философии, эксперта по генетике из Медицинской школы Университета Северной Каролины, выявило два конкретных типа клеток головного мозга, связанных с усиленным ростом мозга.

Исследование, проведенное под руководством доктора философии Роуз Гласс и доктора философии Наны Матобы, использовало тщательно выращенные стволовые клетки, имитирующие самые ранние стадии развития человеческого мозга в лабораторных условиях. Результаты, опубликованные в журнале Cell Stem Cell , показывают, что этот метод может служить надежной и точной системой моделирования развития мозга, которую другие ученые могут использовать для изучения ранних признаков и причин аутизма.

«Наши исследования показывают, что созданные нами модели клеток мозга , или органоиды мозга, являются хорошей модельной системой для изучения раннего развития мозга», — сказала Гласс, которая сейчас является постдокторантом в Бостонской детской больнице/Гарвардской медицинской школе. «Теперь мы можем использовать эту информацию для изучения клеточных изменений, подобных тем, которые вызваны воздействием токсинов окружающей среды, и того, как они способствуют развитию аутизма».

Методы сотрудничества и исследований

Предыдущие исследования размера мозга и связи аутизма были проведены в рамках проекта Infant Brain Imaging Study (IBIS), общенациональной сети исследователей, изучающих аутизм с помощью сканирования мозга младенцев.

В течение последних 20 лет пять университетов, во главе с Университетом Северной Каролины в Чапел-Хилле, изучают мозг младенцев с высоким семейным риском развития аутизма.

Гласс, Матоба и Стейн в сотрудничестве с клиническими коллегами и психиатрами из Медицинской школы Университета Северной Каролины и IBIS, включая Джессику Жиро, доктора философии, Марка Шена, доктора философии, и Джозефа Пивена, доктора философии, создали первую в своем роде клеточную модель развития мозга, чтобы лучше понять, что приводит к увеличению или уменьшению размеров мозга.

Сначала исследователи собрали образцы цельной крови у восемнадцати участников исследования IBIS. Затем они извлекли белые кровяные клетки, известные как мононуклеарные клетки периферической крови , и «перепрограммировали» их в плюрипотентные клетки.

Эти уникальные клетки способны трансформироваться в любой тип клеток, поэтому исследователи призвали их превратиться в фрагмент ткани, имитирующий некоторые структуры и функции человеческого мозга, известный как органоид мозга.

Основные выводы и направления дальнейших исследований

Более детальное исследование показало, что изменения в двух типах клеток головного мозга — нейронных клетках-предшественниках и эпителиальных клетках сосудистого сплетения — тесно связаны с размером мозга участника, от которого они были получены.

Нейронные предшественники — это клетки, которые образуют другие клетки головного мозга, включая нейроны. Эпителиальные клетки сосудистого сплетения образуют специализированный слой клеток в головном мозге, который помогает поддерживать рост и восстановление нейронных клеток-предшественников.

Исследователи обнаружили четкую взаимосвязь между уровнями экспрессии генов в нейронных стволовых клетках и увеличением размера мозга. Уже одно это открытие подтверждает, что созданная ими модель точно имитирует человеческий мозг и его развитие. После подтверждения точности модели органоида мозга лаборатория Стайна начала планировать дальнейшие исследования развития мозга.

Например, в настоящее время лаборатория исследует потенциальные последствия кратковременного и долговременного воздействия токсичных веществ из окружающей среды , таких как вальпроевая кислота (ВПА), во время беременности. Исследовательский проект включает сравнение органоидов мозга, полученных от людей с аутизмом и без него, чтобы понять, как воздействие этих химических веществ может привести к изменениям в мозге, вызывающим аутизм.

«Сейчас мы сосредоточены на изучении воздействия факторов окружающей среды в пренатальный период, связанных с диагнозом аутизма», — заявила Штейн. «Мы хотим изучить, как токсичные вещества в окружающей среде влияют на раннее развитие мозга и как генетические факторы риска могут усиливать эти эффекты».