Studie kartlegger hvordan hjernestimulering endrer gener i levende menneskelig vev

Forskere har for første gang kartlagt hvordan dyp hjernestimulering endrer genuttrykk på tvers av individuelle celletyper i levende menneskelig hjernevev, et skritt som kan åpne nye veier for behandling av kognitiv svikt.

Fra pasientvev til molekylært kart

I en studie publisert onsdag i Nature, brukte forskere fra UCLA Health og University of Texas Southwestern Medical Center donert menneskelig temporallappvev, holdt i live i et laboratorium i flere dager etter kirurgisk fjerning, for å påføre elektriske stimuleringsmønstre som ligner på dyp hjernestimulering, og deretter spore de molekylære konsekvensene med enkeltcelleoppløsning.uclahealth+1

Dyp hjernestimulering, som leverer elektriske impulser gjennom implanterte enheter, brukes allerede til å behandle Parkinsons sykdom og tvangslidelse. Men effektene på de ulike celletypene i den menneskelige hjernen, og genene disse cellene aktiverer som respons, har frem til nå kun blitt studert i dyr eller laboratoriedyrket vev.neurosciencenews+1

Teamet utviklet det de beskriver som en "ex vivo-plattform" som integrerer mikroelektrodearray-stimulering med samtidig nevral registrering og enkeltkjernegenomikk. Etter stimulering ble hjernecellene mer synkroniserte i hvordan de fyrte, et mønster assosiert med minnedannelse. Forskerne isolerte deretter individuelle cellekjerner og katalogiserte hver celletypes genetiske aktivitet.genengnews+1

Astrocytter deltar i responsen

Blant studiens mer bemerkelsesverdige funn er at ikke-nevronale støtteceller kalt astrocytter aktiverte sine egne distinkte genetiske programmer under stimulering, uavhengig av nevronale responser. Nevroner og astrocytter slo hver på separate sett med gener, noe som tyder på at dyp hjernestimulering engasjerer brede gliacelle-nevronale nettverk i stedet for bare å utløse elektrisk fyring i nevroner alene.genengnews+1

Forskerne validerte også laboratoriefunnene sine mot vev fra pasienter som hadde gjennomgått klinisk dyp hjernestimulering før operasjon, og bekreftet at lignende genuttrykksmønstre forekommer inne i den levende hjernen.medicalxpress+1

Mot presisjonsterapier

"Ved å forstå nøyaktig hvilke gener som slås på i hvilke celler under stimulering, kan vi begynne å designe mer presise tilnærminger til dyp hjernestimulering og potensielt forsterke denne kliniske strategien med farmakologiske terapier for å bidra til å bremse kognitiv svikt," sa seniorforfatter Genevieve Konopka, leder for Institutt for nevrobiologi ved UCLA Health.uclahealth+1

Forskerne erkjente at det trengs mer arbeid for å forstå effektene av langvarig stimulering, hvordan aktiverte celler påvirker naboene sine, og hvordan dypere hjerneregioner, som er vanskeligere å få tak i fra levende donorer, reagerer på molekylært nivå.medicalxpress