Cercetătorii au realizat cea mai detaliată hartă a unei regiuni a creierului uman. Descoperirea ar putea schimba modul în care sunt tratate Parkinson, schizofrenia și dependențele
O echipă internațională de cercetători a realizat cea mai detaliată hartă celulară de până acum a unei regiuni esențiale a creierului, implicată în controlul mișcărilor, emoțiilor și luarea deciziilor. Oamenii de știință au analizat 25,5 milioane de celule cerebrale și au identificat caracteristici care ar putea ajuta la înțelegerea unor boli precum Parkinson, Huntington, schizofrenia și tulburarea bipolară.
Cercetarea, prezentată de revista Nature, reprezintă unul dintre cele mai importante progrese recente în cartografierea creierului uman. Sute de specialiști din nouă țări au colaborat pentru a construi un atlas celular al ganglionilor bazali, structuri aflate în profunzimea creierului și implicate în numeroase funcții esențiale.
Rezultatele au fost publicate într-o colecție de 26 de lucrări științifice, apărute în reviste precum Cell, Cell Reports, Cell Genomics și Neuron.
Atlasul reprezintă o bază de date care permite cercetătorilor să identifice tipurile de celule, să observe activitatea genelor și să analizeze modul în care acestea se modifică odată cu înaintarea în vârstă sau în contextul unor afecțiuni neurologice și psihiatrice.
De ce sunt atât de importanți ganglionii bazali
Ganglionii bazali sunt un ansamblu de structuri nervoase situate în interiorul creierului, care contribuie la coordonarea mișcărilor, formarea obiceiurilor, procesarea recompenselor, reglarea emoțiilor și luarea deciziilor.
Funcționarea anormală a acestor structuri este asociată cu numeroase afecțiuni, printre care boala Parkinson, boala Huntington, schizofrenia, tulburarea bipolară, sindromul Tourette, tulburarea obsesiv-compulsivă și dependențele.
În cazul bolii Parkinson, de exemplu, degenerarea neuronilor care produc dopamină afectează circuitele cerebrale implicate în controlul mișcărilor, provocând simptome precum tremorul, rigiditatea musculară și încetinirea mișcărilor.
Înțelegerea diferențelor dintre celulele acestor regiuni ar putea permite identificarea mai precisă a mecanismelor prin care apar și evoluează asemenea boli.
25,5 milioane de celule analizate. Ce au descoperit oamenii de știință
Pentru construirea atlasului, cercetătorii au analizat aproximativ 21 de milioane de celule provenite din creierele a șase persoane, trei milioane de celule de la trei macaci și 1,5 milioane de celule de la două maimuțe marmoset.
Datele au fost comparate și cu informații obținute anterior din cartografierea creierului șoarecilor.
Una dintre descoperirile importante este identificarea a 61 de tipuri de celule conservate la oameni, macaci și marmosete de-a lungul a aproximativ 76 de milioane de ani de evoluție.
Această asemănare sugerează că anumite componente ale circuitelor cerebrale au rămas remarcabil de stabile în evoluția primatelor, ceea ce poate ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine funcțiile fundamentale ale creierului.
Oamenii de știință au utilizat tehnologii care permit analiza expresiei genelor în celule individuale, identificarea modificărilor epigenetice și localizarea acestora în țesutul cerebral.
Au fost analizate inclusiv caracteristici ale activității electrice a neuronilor și modul în care ADN-ul este organizat în interiorul nucleelor celulare.
O descoperire importantă despre îmbătrânirea creierului
Unul dintre studiile incluse în proiect a analizat 1,1 milioane de celule din striatum, cea mai mare structură a ganglionilor bazali, folosind țesut cerebral provenit de la 19 donatori decedați.
Cercetătorii au identificat șase zone distincte din punct de vedere molecular, fiecare caracterizată prin populații specifice de neuroni și celule gliale.
Deși celulele din aceste regiuni pot părea similare atunci când sunt privite la microscop, activitatea genelor diferă considerabil.
O descoperire surprinzătoare a fost că diferențele moleculare dintre aceste zone tind să se estompeze odată cu înaintarea în vârstă, în special în regiuni afectate de boli precum Parkinson și Huntington.
Rezultatul ridică noi întrebări despre modul în care îmbătrânirea modifică organizarea moleculară a creierului și despre posibila legătură dintre aceste schimbări și vulnerabilitatea la afecțiuni neurodegenerative.
Un alt studiu, realizat pe aproape patru milioane de celule din striatum și cortexul prefrontal, provenite de la 178 de donatori adulți cu vârste între 27 și peste 90 de ani, a evidențiat diferențe importante între indivizi.
Aceste variații au fost observate în special în cazul celulelor gliale, care susțin și protejează neuronii.
Cum ar putea contribui noul atlas la tratarea bolilor neurologice
Una dintre cele mai importante aplicații ale noului atlas este posibilitatea de a identifica mai precis tipurile de celule implicate în apariția și evoluția bolilor.
Cercetătorii pot compara datele obținute din țesuturi sănătoase cu cele provenite de la persoane afectate de boli neurologice și psihiatrice, pentru a observa ce populații celulare și mecanisme moleculare sunt modificate.
În timp, asemenea informații ar putea contribui la dezvoltarea unor tratamente care să acționeze asupra unor tipuri specifice de celule, în loc să influențeze regiuni cerebrale întregi.
Cercetarea oferă perspective inclusiv pentru studierea dependențelor, deoarece ganglionii bazali sunt implicați în mecanismele cerebrale ale recompensei, motivației și formării obiceiurilor.