新技术使研究人员能够深入研究小儿双相情感障碍的分子原因

研究精神疾病的生物学基础非常困难，部分原因是研究人员无法轻易地从活人身上收集脑细胞在实验室进行研究。现在，犹他大学健康科学家已经开发出一种解决这个问题的方法。

研究人员生长了三维结构，称为“类器官”，来自小儿双相情感障碍患者和几个家庭成员捐赠的血细胞。该方法确定了与精神疾病相关的显着分子变化。

发表在《分子精神病学》上的结果表明，在小儿双相情感障碍患者中观察到的大脑结构变化可能是由辅助细胞信号传导的基因功能障碍引起的。研究结果还表明，实验室培养的类器官可以提供对精神疾病原因的见解。

“如果我们没有动物模型，就没有办法在临床前研究中寻找治疗方法。这是一个巨大的挑战，“犹他大学神经生物学助理教授，该研究的资深作者Alex Shcheglovitov博士说。研究生杨光是该论文的第一作者。“肯定需要开发新的创新模型来研究儿科双相情感障碍中破坏的细胞和分子机制。

双相大脑的变化

双相情感障碍是一种精神疾病，会导致极端的情绪波动，在抑郁和躁狂之间波动。当这种疾病在儿童时期出现时，这可能表明涉及强大的遗传成分。Shcheglovitov及其同事推断，这种复杂的疾病需要一种创新的，多学科的方法来研究它。

精神病学家Melissa Lopez-Larson博士和该论文的合著者，对患有小儿双相情感障碍的儿童及其未受影响的家庭成员进行了脑成像，以观察这种疾病如何改变大脑区域之间的联系。在双相情感障碍患者中，一种称为功能性MRI或fMRI的成像技术揭示了大脑静息活动的变化，尽管尚不清楚是什么原因导致了这些变化。

为了了解更多信息，Lopez-Larson与神经生物学家Shcheglovitov和Yang以及U of U Health和Huntsman Mental Health Institute的放射科医生，遗传学家和精神病学家合作，将成像数据与分子水平上患者细胞的深入分析相结合。

杨从一名患有躁郁症的9岁男孩，他的父母和一个未受影响的兄弟姐妹捐赠的血细胞开始。通过在适当的条件下培养细胞，杨诱导它们成为干细胞，然后他长成神经元。然后将细胞转化为结构化簇，称为类器官，使用Shcheglovitov小组最近开发的方法。类器官模仿人类大脑发育的早期方面，并允许研究人员研究神经元之间的交流，类似于活体大脑中发生的相互作用。

“这些类器官允许我们做的是模拟与某些大脑区域相关的某些发育阶段，”Shcheglovitov说。“在我们的案例中，类器官更像是胎儿人脑的额叶部分。

寻找原因

为了找到这种疾病的根本原因，杨进行了测试，以确定患有双相情感障碍的儿童的细胞与他的家庭成员有何不同。杨发现患者有一种叫做PLXNB1的基因发生了变化，这种基因以前与精神疾病有关。他还发现细胞看起来不同：称为“神经突”的神经元过程更短。这些长卷须通常与邻近细胞建立重要的连接。

将正常的PLXNB1添加到患者的细胞中可使神经突生长到正常大小，证实了PLXNB1的突变导致了神经突生长的变化。“这非常令人兴奋，”Shcheglovitov说。“这表明，使用基于基因的疗法或针对PLXNB1通路的另一种治疗方法可能与儿科双相情感障碍患者具有治疗相关性。

在结果导致新的治疗方法之前，研究人员需要进行更大规模的研究，以确定其他患有这种疾病的人是否具有相同的差异。Lopez-Larson说，这项研究的力量在于结合多种技术，以创建大脑中正在发生的事情的可靠图像。

“功能磁共振成像显示，大脑连接是非典型的，至少在这个特定的孩子中是这样。我们还发现基因片段也是如此，“洛佩兹 - 拉尔森说。“我们能够使用不同类型的先进技术，以不同的方式揭示同样的事情。