March 4, 2024

Τέλος έχουμε έναν χάρτη με όλα τα εγκεφαλικά κύτταρα

Είμαστε πιο κοντά από ποτέ στη χαρτογράφηση ολόκληρου του εγκεφάλου σε μικροσκοπικό επίπεδο. Εκατοντάδες νευροεπιστήμονες σε όλο τον κόσμο χαρακτήρισαν πρόσφατα περισσότερους από 3.000 τύπους ανθρώπινων εγκεφαλικών κυττάρων ως μέρος του Δικτύου Απογραφής Κυττάρων της Πρωτοβουλίας Εγκεφάλου του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας και δημοσίευσαν σχεδόν δύο δωδεκάδες εργασίες σε τέσσερις Επιστήμη περιοδικά σήμερα. Αυτή η υπερβολικά εστιασμένη προσοχή στη λεπτομέρεια θα μπορούσε να ξεκλειδώσει πολλά μυστήρια γύρω από αυτό το πολύπλοκο όργανο, όπως αυτό που συνέβη στον εγκέφαλό μας για να μας διακρίνει από τα άλλα πρωτεύοντα.

«Αυτή είναι η πρώτη λεπτομερής, μεγάλης κλίμακας περιγραφή όλων των διαφορετικών τύπων κυττάρων που υπάρχουν στον ανθρώπινο εγκέφαλο», λέει η Rebecca Hodge, βοηθός ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Allen στο Σιάτλ, η οποία συνέγραψε πολλές μελέτες που περιλαμβάνονται στο πακέτο των εγγράφων. . Η ελπίδα τους είναι ότι αυτός ο άτλαντας του εγκεφάλου θα προσφέρει μια κοινοτική πηγή για τους επιστήμονες για να εξερευνήσουν πώς η μεγάλη ποικιλία εγκεφαλικών κυττάρων συμβάλλει στην υγεία και τις ασθένειες. Αυτό το πρώτο σύνολο μελετών δείχνει τρεις βασικούς τρόπους με τους οποίους η χαρτογράφηση του εγκεφάλου μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη βιολογία και την ιατρική.

Ένας εξελισσόμενος εγκέφαλος

Ένας άτλαντας του ανθρώπινου εγκεφάλου μπορεί να μας διδάξει για την εξελικτική μας ιστορία. Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Επιστήμη χρησιμοποίησε αλληλουχία RNA μονού πυρήνα για τη μέτρηση της γονιδιακής έκφρασης μεμονωμένων εγκεφαλικών κυττάρων σε ανθρώπους και πέντε άλλα είδη πρωτευόντων, συμπεριλαμβανομένων των χιμπατζήδων και των γορίλων. Σε αυτή τη μέθοδο, οι επιστήμονες αφαιρούν μεμονωμένα κύτταρα από ένα κομμάτι ιστού, τα κόβουν για να εκθέσουν τους γενετικούς αγγελιοφόρους μέσα και στη συνέχεια χρησιμοποιούν ετικέτες παρόμοιες με μικρούς γραμμωτούς κώδικες για να αναγνωρίσουν αυτό το υλικό. “Αυτή είναι η κύρια τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε ορισμένα από αυτά τα αντικείμενα που βγαίνουν και είναι μια τεχνική που υπάρχει μόνο εδώ και 10 χρόνια”, λέει ο Hodge. Η απόκτηση αυτού του γενετικού προφίλ επιτρέπει στους ερευνητές να ομαδοποιήσουν ομάδες κυττάρων σε συγκεκριμένους τύπους.

[Related: Psychedelics and anesthetics cause unexpected chemical reactions in the brain]

Η σύνθεση και η οργάνωση των κυττάρων μας είναι παρόμοια με αυτή των στενών συγγενών μας. Ωστόσο, οι μεγαλύτερες διαφορές φάνηκε να εμφανίζονται σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται μεσαία κροταφική έλικα, η οποία εμπλέκεται στη σημασιολογική μνήμη και την επεξεργασία της γλώσσας. Οι άνθρωποι είχαν μεγαλύτερο αριθμό νευρώνων που προβάλλονταν σε αυτήν την περιοχή σε σύγκριση με άλλα είδη. Επιπλέον, οι ερευνητές τόνισαν μια διαφορά στη γονιδιακή έκφραση που προάγει τη συναπτική πλαστικότητα, η οποία είναι η ικανότητα των νευρώνων να ενισχύουν τις εγκεφαλικές συνδέσεις. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι ένα σημαντικό στοιχείο για τη μάθηση και τη μνήμη και θα μπορούσε να εξηγήσει πώς οι άνθρωποι ανέπτυξαν περίπλοκες γνωστικές ικανότητες.

Ένα επιστημονικό γράφημα που δείχνει τη γενετική έκφραση ανθρώπων και μαρμόζων.
Η γενετική έκφραση μιας κατηγορίας νευρώνων σε έναν άνθρωπο (επάνω) και ένα μαρμόζετ (κάτω).

Υπήρχε επίσης κάποια διαφοροποίηση μέσα στους ανθρώπους. Μια άλλη μελέτη βρήκε τις μεγαλύτερες διαφορές μεταξύ των ανθρώπων στα κύτταρα του ανοσοποιητικού που ονομάζονται μικρογλοία, καθώς και στους διεγερτικούς νευρώνες βαθιάς στιβάδας, που εμπλέκονται στην επικοινωνία μεταξύ απομακρυσμένων περιοχών του εγκεφάλου. Οι ερευνητές δεν είναι σίγουροι γιατί: Μια θεωρία είναι ότι οι διεγερτικοί νευρώνες βαθιάς στιβάδας αναπτύσσονται νωρίτερα και εκτίθενται περισσότερο σε περιβαλλοντικούς παράγοντες που θα μπορούσαν να διαφοροποιήσουν τα γενετικά τους πρότυπα. «Ο εγκέφαλος όλων είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοιος. Αν και έχουμε τα ίδια βασικά συστατικά, είναι ο μικρός αριθμός διαφορών που έχει σημασία», λέει ο Jeremy Miller, ανώτερος επιστήμονας στο Ινστιτούτο Allen και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Αρχίζουμε τώρα να κατανοούμε τη σημασία αυτών των αλλαγών και να ανακαλύπτουμε τι μας κάνει μοναδικά ανθρώπους».

μοντέλα ζώων

Επειδή ο ανθρώπινος εγκέφαλος μοιράζεται πολλά χαρακτηριστικά με άλλα θηλαστικά, οι νευροεπιστήμονες χρησιμοποιούν συχνά τους μικρούς εγκεφάλους ποντικών για να μελετήσουν ασθένειες. Το μόνο πρόβλημα, λέει ο Miller, είναι ότι τα ποντίκια δεν αναπτύσσουν φυσικά νευροεκφυλιστικές ασθένειες κοινές στον άνθρωπο. Οι επιστήμονες που θέλουν να μελετήσουν τη νόσο του Αλτσχάιμερ, για παράδειγμα, θα πρέπει να χειριστούν πολλαπλά γονίδια ποντικιών για να προκαλέσουν τον τύπο της εγκεφαλικής παθολογίας που παρατηρείται σε ηλικιωμένους. Αυτό απαιτεί μια ολοκληρωμένη κατανόηση του πώς συνεργάζονται οι τύποι εγκεφαλικών κυττάρων και πώς αλλάζουν στο πλαίσιο της νόσου.

[Related: How your brain conjures dreams]

Μεγάλο μέρος της έρευνας του εγκεφάλου σε ποντίκια επικεντρώνεται στον νεοφλοιό, ο οποίος είναι υπεύθυνος για την υψηλότερη γνωστική λειτουργία. Μπορεί να φαίνεται λογικό να υποθέσουμε ότι μεγάλο μέρος της κυτταρικής πολυπλοκότητας του εγκεφάλου εμφανίζεται εδώ. Αλλά αυτό δεν φαίνεται να ισχύει. Σε μία από τις πρώτες μελέτες για τη δημιουργία ενός κυτταρικού χάρτη ολόκληρου του εγκεφάλου ενηλίκων, οι νευροεπιστήμονες βρήκαν υψηλά επίπεδα ποικιλομορφίας σε παλαιότερες εξελικτικές δομές, όπως ο μεσεγκέφαλος, ο οποίος εμπλέκεται στην κίνηση, την όραση και την ακοή, και τον οπίσθιο εγκέφαλο. διέπει ζωτικές σωματικές λειτουργίες όπως η αναπνοή και ο καρδιακός ρυθμός. Στις υποφλοιώδεις περιοχές, φαίνεται επίσης να υπάρχει μια υπερομάδα κυττάρων που ονομάζονται νευρώνες σκέδασης που ελέγχουν τις έμφυτες συμπεριφορές και τις φυσιολογικές λειτουργίες. Η αναπαραγωγή της πολυπλοκότητας αυτών των συγκεκριμένων περιοχών του εγκεφάλου σε ζωικά μοντέλα θα μπορούσε να βοηθήσει στην καλύτερη αναγνώριση της κυτταρικής προέλευσης των ανθρώπινων ασθενειών.

Εξατομικευμένη ιατρική

Φανταστείτε ένα μέλλον όπου οι θεραπείες είναι προσαρμοσμένες στις συγκεκριμένες ανάγκες κάθε ατόμου. Για να γίνει αυτό, οι επιστήμονες θα χρησιμοποιούσαν το γενετικό προφίλ ενός ατόμου, αντί για χαρακτηριστικά όπως το βάρος ή την ηλικία, για να ενημερώσουν τυχόν ιατρικές αποφάσεις. Οι γιατροί θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιήσουν αυτές τις γενετικές πληροφορίες για να εντοπίσουν κινδύνους για πιθανές ασθένειες και να παρέχουν έγκαιρα προληπτικά μέτρα.

Περίγραμμα του εγκεφάλου και των σχετικών ασθενειών.  Στο κάτω γράφημα, συσχέτιση του κυτταρικού τύπου (άξονας x) με 19 νευροψυχιατρικές διαταραχές και χαρακτηριστικά.
Περίγραμμα εγκεφαλικών κυττάρων και συναφών ασθενειών. Το κάτω γράφημα δείχνει τη συσχέτιση του κυτταρικού τύπου με 19 νευροψυχιατρικές διαταραχές και χαρακτηριστικά. Το πιο σκούρο κόκκινο υποδηλώνει ισχυρότερους συσχετισμούς. Yang (Eric) Li, Ren Lab, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Ντιέγκο

Οι γιατροί χρησιμοποιούν ήδη τις γενετικές πληροφορίες των ανθρώπων για να αξιολογήσουν εάν οι ασθενείς θα ήταν καλοί υποψήφιοι για μια συγκεκριμένη θεραπεία καρκίνου ή για να βρουν τη σωστή δόση ενός φαρμάκου. Αυτό θα μπορούσε σύντομα να περιλαμβάνει δοκιμές για νευρολογικές παθήσεις. Μια μελέτη, η οποία ανέλυσε 1,1 εκατομμύρια κύτταρα σε 42 περιοχές του εγκεφάλου νευροτυπικών ενηλίκων, εντόπισε συγκεκριμένους τύπους νευρωνικών κυττάρων (κυρίως στα βασικά γάγγλια, μια περιοχή που εμπλέκεται σε εθιστικές συμπεριφορές) που συνδέονταν με 19 νευροψυχιατρικές διαταραχές και χαρακτηριστικά. Αυτές οι καταστάσεις περιελάμβαναν τη σχιζοφρένεια και τη διπολική διαταραχή, καθώς και τη διαταραχή της χρήσης αλκοόλ και καπνού.

Αυτό το έργο είναι ένα βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση για την προώθηση της έρευνας στην εξατομικευμένη ιατρική, λέει ο Miller, αν και προειδοποιεί ότι αυτό είναι μόνο ένα από τα πολλά που το κάνουν πραγματικότητα για όλους.

Οι Miller και Hodge είναι αισιόδοξοι ότι άλλες εκδόσεις του άτλαντα του ανθρώπινου εγκεφάλου θα ολοκληρωθούν τα επόμενα πέντε χρόνια, καθώς άλλες ομάδες ολοκληρώνουν παρόμοια έργα.

Αλλά υπάρχει περίπτωση να μην δούμε ποτέ την πλήρη εικόνα. Ενώ ο Μίλερ αποκαλεί εύλογο χρονικό πλαίσιο μισής δεκαετίας, λέει ότι υπάρχει πάντα η πιθανότητα η επιστήμη να αναπτύξει νέα τεχνολογία που θα μπορούσε να ανακαλύψει κάτι απροσδόκητο για τον εγκέφαλο. «Μπορούμε πάντα να κάνουμε περισσότερα», λέει.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *