Istraživači iz Brigam i ženske bolnice, jednog od osnivača zdravstvenog sistema Mass General Brigham, razvili su model koji brzo pretvara matične ćelije u moždane ćelije sa proteinskim strukturama karakterističnim za Parkinsonovu bolest (PD), omogućavajući proučavanje jedinstvenog i veoma varijabilna patologija bolesti u petrijevoj posudi.
Studija opisuje kako se model jednog dana može koristiti za razvoj personalizovanih metoda dijagnostike i lečenja Parkinsonove bolesti. Rezultati su objavljeni u Neuronu.
„Pokušali smo da procenimo koliko brzo možemo da napravimo ćelije ljudskog mozga u laboratoriji koje nam daju prozor u ključne procese koji se dešavaju u mozgu pacijenata sa Parkinsonovom bolešću i srodnim poremećajima kao što su atrofija višestrukog sistema i demencija Levijevog tela“, rekao je viši autor Vikram. Khurana, MD, Ph.D., šef Odeljenja za poremećaje kretanja u BVH i glavni istraživač u Ann Romnei Centru za neurološke bolesti u BVH.
„I, za razliku od prethodnih modela, želeli smo da to uradimo u dovoljno kratkom vremenskom roku da ovi modeli budu korisni za genetske preglede visoke propusnosti i lekove i dovoljno laki za mnoge laboratorije za korišćenje u akademskim krugovima i industriji.
PD je progresivno i degenerativno stanje mozga. Pojedinci sa bolešću često se bore sa usporenim pokretima, drhtanjem, ukočenošću mišića i oštećenjem govora, između ostalih zdravstvenih komplikacija.
PD, zajedno sa drugim neurodegenerativnim stanjima kao što je Alchajmerova bolest, uzrokuje nakupljanje proteina u neuronima, što dovodi do pogrešnog savijanja proteina i poremećene funkcije ćelija. Trenutne PD terapije mogu ublažiti neke simptome, ali ne rešavaju osnovni uzrok pogrešnog savijanja proteina.
Postojeći modeli „Parkinsonove bolesti u posudi“ mogu efikasno transformisati matične ćelije u moždane ćelije, ali ne u razumnom vremenskom okviru za proučavanje ćelijskih patologija specifičnih za pacijenta kako bi se vodile prilagođene strategije lečenja. Ovo je važno jer su pacijenti sa PD različiti i strategija lečenja koja odgovara svima sada može da funkcioniše za neke pacijente.
Tehnologija Brigamovog istraživačkog tima ne samo da omogućava da se transformacija iz matičnih ćelija u moždane ćelije odvija ponovljivo u roku od nekoliko nedelja umesto meseci, već takođe omogućava istraživačima da razviju modele koji odražavaju različite patologije pogrešnog savijanja proteina koje se mogu pojaviti u mozgu u tom vremenskom okviru.
„Problem je u tome što način na koji se proteinski klasteri formiraju u PD izgleda drugačije kod različitih pacijenata, pa čak i u različitim moždanim ćelijama istog pacijenta“, rekao je Khurana. „Ovo postavlja pitanje: kako da modeliramo ovu složenost u jelu? I kako da to uradimo dovoljno brzo da bude praktično za dijagnostiku i otkrivanje lekova?“
Da bi kreirala ovaj model, Khuranina laboratorija je koristila specijalne molekule za isporuku nazvane PiggiBac vektori da uvede specifične ćelijske instrukcije, poznate kao faktori transkripcije, kako bi brzo pretvorili matične ćelije u različite tipove moždanih ćelija. Zatim su uveli proteine sklone agregaciji kao što je alfa-sinuklein, koji je centralni za formiranje proteinskih klastera u PD i srodnim poremećajima, u nervnim ćelijama.
Koristeći CRISPR/Cas9 i druge sisteme za skrining, identifikovali su različite vrste inkluzija koje se formiraju u ćelijama, neke od njih su zaštitne, a neke toksične. Da bi dokazali relevantnost za bolest, koristili su svoje modele matičnih ćelija da otkriju slične inkluzije u stvarnim mozgovima preminulih pacijenata. Rad omogućava nove pristupe za klasifikaciju proteinskih patologija kod pacijenata i određivanje koja bi od ovih patologija mogla biti najbolja meta za lek.
Dok obeležava napredak, model ima nekoliko ograničenja kojima istraživači žele da se pozabave. Kao prvo, trenutno generiše nezrele neurone. Istraživači imaju za cilj da repliciraju ovaj model sa zrelim neuronima kako bi modelirali efekte starenja na proteinske agregate koji se formiraju.
Dok novi sistem može brzo da stvori i neurone i ključne inflamatorne „glijalne“ ćelije u mozgu, sadašnji rad ispituje ove ćelije samo pojedinačno. Tim sada kombinuje ove ćelije zajedno kako bi proučavao inflamatorne odgovore na proces agregacije proteina koji bi mogao biti važan za napredovanje PD.
Dva glavna autora studije, oba istraživača na Odeljenju za neurologiju na BVH, komentarisali su kliničke primene koje su već u toku u laboratoriji. „U jednoj ključnoj aplikaciji, koristimo ovu tehnologiju da identifikujemo kandidate za molekule radiotracera kako bismo nam pomogli da vizualizujemo patologije agregacije alfa-sinukleina u mozgu živih pacijenata koje vidimo u klinici“, rekao je prvi autor Alain Ndaiisaba, MD.
„Ova tehnologija će utrti put brzom razvoju ‘personalizovanih modela matičnih ćelija’ od pojedinačnih pacijenata. Ovi modeli se već koriste za efikasno testiranje novih dijagnostičkih i tretmanskih strategija ‘u posudi’ pre nego što skočimo u klinička ispitivanja kako bismo ciljali pravi lek pravom pacijentu“, rekla je prvi autor Izabel Lam, dr.
