Studie kartlägger hur hjärnstimulering förändrar gener i levande mänsklig vävnad

Forskare har för första gången kartlagt hur djup hjärnstimulering förändrar genuttryck i enskilda celltyper i levande mänsklig hjärnvävnad, ett steg som kan öppna nya vägar för att behandla kognitiv försämring.

Från patientvävnad till molekylär karta

I en studie som publicerades på onsdagen i Nature använde forskare från UCLA Health och University of Texas Southwestern Medical Center donerad mänsklig temporallobsvävnad, som hölls vid liv i ett laboratorium i flera dagar efter kirurgiskt avlägsnande, för att applicera elektriska stimuleringsmönster som liknar djup hjärnstimulering och sedan spåra de molekylära konsekvenserna med encells-upplösning.uclahealth+1

Djup hjärnstimulering, som levererar elektriska impulser genom implanterade enheter, används redan för att behandla Parkinsons sjukdom och tvångssyndrom. Men dess effekter på de olika celltyperna i den mänskliga hjärnan, och de gener som dessa celler aktiverar som svar, har hittills endast studerats i djur eller laboratorieodlad vävnad.neurosciencenews+1

Teamet utvecklade vad de beskriver som en "ex vivo-plattform" som integrerar stimulering via mikroelektrodmatriser med samtidig neural registrering och encellig genomik. Efter stimulering blev hjärncellerna mer synkroniserade i hur de avfyrade signaler, ett mönster som är förknippat med minnesbildning. Forskarna isolerade sedan enskilda cellkärnor och katalogiserade varje celltyps genetiska aktivitet.genengnews+1

Astrocyter deltar i responsen

Bland studiens mer anmärkningsvärda fynd är att icke-neuronala stödjeceller som kallas astrocyter aktiverade sina egna distinkta genetiska program under stimulering, oberoende av neuronala responser. Neuroner och astrocyter aktiverade separata uppsättningar av gener, vilket tyder på att djup hjärnstimulering engagerar breda gliacell-neuronala nätverk snarare än att bara utlösa elektrisk aktivitet i neuroner.genengnews+1

Forskarna validerade också sina laboratoriefynd mot vävnad från patienter som genomgått klinisk djup hjärnstimulering före operation, vilket bekräftade att liknande genuttrycksmönster förekommer inuti den levande hjärnan.medicalxpress+1

Mot precisionsterapier

"Genom att förstå exakt vilka gener som aktiveras i vilka celler under stimulering kan vi börja designa mer precisa metoder för djup hjärnstimulering och potentiellt förstärka denna kliniska strategi med farmakologiska terapier för att hjälpa till att bromsa kognitiv försämring," sade seniorförfattaren Genevieve Konopka, chef för institutionen för neurobiologi vid UCLA Health.uclahealth+1

Forskarna erkände att ytterligare arbete krävs för att förstå effekterna av långvarig stimulering, hur aktiverade celler påverkar sina grannar, och hur djupare hjärnregioner, som är svårare att erhålla från levande donatorer, reagerar på molekylär nivå.medicalxpress