Forskere ved Johns Hopkins University har for første gang afsløret, hvordan hjerneorganoider kan belyse de neurale grundlag for skizofreni og bipolær lidelse. Disse psykiatriske sygdomme rammer millioner af mennesker verden over, men de er vanskelige at diagnosticere på grund af den manglende forståelse af deres molekylære basis. Resultaterne kan potentielt hjælpe læger med at reducere menneskelige fejl, når de behandler disse og andre psykiske lidelser, som i øjeblikket kun kan diagnosticeres ud fra klinisk vurdering og behandles med en trial-and-error tilgang til medicin.
Annie Kathuria, en bioingeniør fra Johns Hopkins University, der ledede forskningen, forklarer, at skizofreni og bipolær lidelse er svære at diagnosticere, fordi der ikke er nogen specifik del af hjernen, der “går i stykker”, ligesom der er i Parkinsons sygdom, hvor lægerne kan diagnosticere og behandle baseret på dopaminniveauer. Det er forskernes håb, at det i fremtiden vil være muligt ikke kun at bekræfte en patients diagnose med skizofreni eller bipolar lidelse ved hjælp af hjerneorganoider, men også at teste lægemidler på organoiderne for at finde de koncentrationer, der kan hjælpe dem til en sund tilstand.
For at skabe organoiderne brugte Kathurias team blod- og hudceller fra patienter med skizofreni, bipolar lidelse og sunde individer, som de omdannede til stamceller med evnen til at producere forskellige typer væv. Ved hjælp af nye maskinlæringsalgoritmer, der klassificerede den elektriske aktivitet blandt mini-hjernens celler, identificerede de neurale fyringsmønstre forbundet med sunde og usunde tilstande. De organoiders hjernelignende aktivitet fungerede som biomarkører for skizofreni og bipolar lidelse, hvilket gjorde det muligt for forskerne at identificere organoider fra patienter med disse lidelser med en nøjagtighed på 83%. Denne nøjagtighed steg til 92%, efter at de fik elektriske stød for at fremhæve de neuroelektriske impulser, der normalt er nødvendige for hjernevægens aktivitet.
De nyopdagede mønstre involverede kompleks elektrofysiologisk adfærd, som var unik for skizofrene og bipolare patienter. Forskere kunne med sikkerhed skelne mellem organoider fra sunde individer og dem fra patienter med psykiske lidelser baseret på disse elektrofysiologiske signaturer. Derudover blev organoiderne placeret på en mikrochip for at studere, hvordan deres celler dannede neurale netværk, hvilket hjalp med at strømline data fra organoiderne som om de kom fra et lille EEG, der bruges til at måle patienters hjerneaktivitet.
Selvom forskningen kun involverede 12 patienter, giver resultaterne håb om, at de kan have praktisk anvendelse i klinikken. Forskerne arbejder nu sammen med neurosurgeoner, psykiatere og andre neuroscientister på Johns Hopkins School of Medicine for at rekruttere blodprøver fra psykiatriske patienter og teste, hvordan forskellige lægemiddelkonceptrationer kan påvirke deres fund. Kathuria nævner, at man ofte bruger en trial-and-error tilgang, hvilket kan tage flere måneder at finde den rette medicin. Med deres organoider håber de at kunne forkorte denne proces og give patienter den rigtige medicin hurtigere.