Organoizii cerebrali aduc noi perspective pentru tratamentele epilepsiei infantile
Organoizii cerebrali umani, de dimensiuni mici și care imită creierul unui nou-născut, oferă indicii promițătoare pentru tratamentele unei cauze genetice majore a epilepsiei infantile, ce se manifestă de obicei pe măsură ce creierul se dezvoltă după naștere.
Un nou studiu realizat de cercetătorii de la UC Berkeley evidențiază astrocyții hiperreactivi ca fiind un factor principal al inflamației care poate provoca crize epileptice și subliniază terapiile posibile care ar putea reduce inflamația. Astrocyții sunt unul dintre cele trei tipuri principale de celule gliale din creier și ajută la susținerea și facilitarea transmiterii semnalelor prin neuroni.
Organoizii cerebrali umani, care sunt mici bile de țesut cerebral ce plutesc într-un lichid nutritiv, conțin doar câteva tipuri de celule cerebrale și sunt foarte diferiți de un creier real. Totuși, spre deosebire de stratul plat de celule dintr-o cultură celulară tradițională, organoizii se dezvoltă și se comportă mult mai asemănător cu celulele dintr-un creier viu.
Boala moștenită, cunoscută sub numele de complexul tuberoasă scleroză, se caracterizează prin leziuni de formă de cartof în creier care provoacă crize severe, adesea rezistente la medicamentele antiseizure uzuale. Această boală este însoțită și de simptome debilitante în alte părți ale corpului, inclusiv în inimă, piele și rinichi.
Cauza genetică specifică a tuberozelor TSC a fost suspectată de mult timp: un copil moștenește o mutație într-o copie sau alelă a unui gen – TSC1 sau TSC2 – și apoi dezvoltă o mutație aleatorie în cealaltă alelă. Cu ambele copii ale genei defecte, copilul dezvoltă leziuni care întrerup rețeaua electrică a creierului. Deseori, a doua mutație apare în regiuni separate ale creierului, ducând la multiple leziuni tuberoase.
Ce nu se știa este cum mutațiile din aceste două gene, care reglează o cale metabolică și de dezvoltare majoră în corp, numită mTOR, provoacă leziuni tuberoase în creier. S-a presupus că acestea determină neuronii să reacționeze excesiv, provocând crize.
În noul studiu, publicat săptămâna aceasta în revista Nature, Helen Bateup și colegii săi arată că un rezultat cheie al acestor mutații este generarea de astrocyți hiperreactivi în creier, încă din momentul formării lor. Acest lucru sugerează că astrocyții anormali și alte celule gliale nu sunt doar o consecință a crizelor, ci că ele cauzează efectiv leziunile.
„De îndată ce acești astrocyți se nasc, sunt reacționali și par să fi fost declanșați într-o stare de boală. Asta apare ca un rezultat principal al mutației. Așa că acum putem să ne reconsiderăm fiziologia patologică a bolii. Nu este neapărat cazul că neuronii sunt singura cauză a activității epileptice și că glia devine implicată mai târziu. Este posibil să fie invers sau că ambele tipuri de celule contribuie la crize și epilepsie”, a declarat Helen Bateup.
Dacă scenariul astrocytelor hiperactive este corect, medicamentele imunosupresoare existente, care vizează celulele reactive, ar putea fi încercate pentru a reduce inflamația și, poate, pentru a ameliora aceste crize intractabile.
„Dacă într-adevăr glia este factorul declanșator și există toate aceste celule supărate care provoacă probleme, cât de mult putem repara doar prin suprimarea acestora?” a spus ea. „Putem să calmăm glia și, ideal, să le readucem la o stare homeostatică sau, dacă asta nu este posibil, să le închidem capacitatea de a provoca daune celulelor din jur? Cred că este fezabil.”
Bateup a studiat TSC și calea mTOR timp de aproape 20 de ani, inițial în modele de șoareci și culturi celulare 2D. Însă modelele de șoareci pentru aceste tulburări nu replică complet gama de simptome observate în boala umană, adică fenotipul acesteia. Odată cu apariția organoizilor cerebrali derivați din celule stem umane acum un deceniu, ea și-a mutat activitatea de la culturi celulare 2D la organoizi 3D.
„Organoizii au cu adevărat multe avantaje față de culturile tradiționale 2D – putem observa fenotipuri care au mult mai multă similaritate cu fenotipurile pacienților”, a spus ea.
O dificultate în utilizarea celulelor umane, totuși, este că acestea se dezvoltă într-un ritm uman. Pentru a observa efectele unei boli de dezvoltare care apare în jurul momentului nașterii, organoizii trebuie să fie cultivați timp de cel puțin nouă luni. Ca rezultat, studenții și colegii săi de postdoctorat îngrijesc organoizii lor mult mai mult decât majoritatea laboratoarelor.
„Astrocyții nu își dobândesc cu adevărat proprietățile mature în oameni decât în jurul vieții perinatale sau postnatale timpurii, așa că creștem acești organoizi pentru o perioadă lungă de timp”, a spus ea. „Ceva ce oamenii consideră că este nebunesc.”
Această atenție le-a permis echipei să observe ce se întâmplă în organoizi pe măsură ce celulele progenitoare „radiale” se maturizează și apoi trec de la sarcina lor inițială – de a forma sute de miliarde de neuroni – la producția de celule gliale, inclusiv astrocyți. În modelul de organoid TSC, celulele progenitoare radiale încep să producă astrocyți reacționali într-un moment în care ar trebui să producă neuroni.
„În modelul de organoid, cele mai afectate celule sunt astrocyții. De aceea favorizez ideea că ei conduc de fapt o mare parte din patologie”, a spus ea. „Dezvoltarea sistemului de organoizi a fost un mare avans în capacitatea noastră de a imita mai îndeaproape fenotipurile cerebrale ale pacienților. Acum avem un model mult mai bun, sau cu adevărat singurul model robust pentru a studia dezvoltarea celulelor tuberoase.”
Calea mTOR este un hub de semnalizare fundamental în fiecare celulă din corp, a explicat Bateup, și un regulator critic al creșterii și metabolismului celular. Ca atare, a fost studiat în principal în contextul cancerului. Totuși, studii au arătat că este, de asemenea, important în dezvoltarea creierului și poate participa la modificările patologice care apar în tulburările neurodegenerative.
De fapt, există o gamă întreagă de tulburări genetice cerebrale – 14 sau mai multe – numite mTORopatii, cauzate de mutații în regulatori ai căii mTOR. Toate duc la hiperactivarea mTOR, rezultând în epilepsie focală și adesea în impairmente cognitive. În total, aceste mTORopatii sunt printre cele mai frecvente cauze ale epilepsiei infantile intractabile, cu TSC fiind cea mai tipică formă – aproximativ unu din fiecare 6.000 până la 10.000 de nașteri.
TSC este una dintre puținele mTORopatii cu un component ereditar; celelalte apar ca evenimente întâmplătoare – ca majoritatea cancerelor. Cu toate acestea, TSC nu este un cancer.
„Celulele
