Atlante delle cellule cerebrali potrebbe potenziare la ricerca sulle condizioni neuropsichiatriche Siamo arrivati?
Potrebbe potenziare la ricerca sulle condizioni neuropsichiatriche il nuovo Atlante delle cellule cerebrali? Siamo pronti?
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- Questa ricerca non solo dimostra i collegamenti intricati tra le diverse categorie di cellule e le comuni malattie neuropsichiatriche, ma pioniereggia anche l’uso dell’intelligenza artificiale per prevedere l’impatto delle variazioni genetiche ad alto rischio all’interno di queste cellule, potenzialmente sbloccando conoscenze sullo sviluppo delle malattie.
- Questo studio è una parte vitale dell’iniziativa BRAIN del National Institute of Health, avviata nel 2014, che mira a rivoluzionare la nostra comprensione del cervello dei mammiferi attraverso l’avanzamento di neurotecnologie innovative per classificare i diversi tipi di cellule neurali.
Uno studio recente, pubblicato in una edizione speciale di Science, mette in luce i collegamenti tra specifici tipi di cellule e diverse malattie neuropsichiatriche comuni.
Nel cervello umano, ogni cellula possiede una sequenza identica di DNA, ma i diversi tipi di cellule utilizzano geni distinti in quantità variabili.
Questa diversità porta alla creazione di numerosi tipi di cellule cerebrali e contribuisce all’ingegnosità delle reti neurali.
Ottenere conoscenze sulle distinzioni molecolari tra questi tipi di cellule è cruciale per comprendere la funzionalità cerebrale e ideare approcci innovativi per affrontare disturbi neuropsichiatrici come la schizofrenia, il disturbo bipolare, la malattia di Alzheimer e la depressione maggiore.
Il cervello umano non è uniforme, ma un sistema intricato
Il cervello umano non è uniforme per natura. Comprende un sistema incredibilmente intricato di neuroni e cellule non neuronali, ognuna con ruoli distinti.
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Creare una mappa completa di questi diversi tipi di cellule cerebrali e decifrare le loro funzioni di collaborazione porterà alla scoperta di nuovi trattamenti che possono mirare specificamente ai tipi di cellule rilevanti associati a particolari malattie.
Quattro esperti, non coinvolti in questa ricerca, hanno parlato a Medical News Today dei suoi risultati.
Il dottor Ryan S. Sultan è professore associato di psichiatria clinica presso il Dipartimento di Psichiatria del Columbia University Irving Medical Center e dell’Istituto Psichiatrico dello Stato di New York. Ha osservato che la ricerca attuale “esplora un argomento importante nella neuroscienza e nella genetica”.
Il dottor Sultan ha spiegato che “lo studio è esteso, comprende un’analisi dell’accessibilità cromatinica in 1,1 milioni di cellule provenienti da varie regioni cerebrali”.
Gli studiosi hanno identificato 107 sottocategorie uniche di cellule cerebrali e stabilito collegamenti tra aspetti delle loro caratteristiche molecolari e diverse malattie neuropsichiatriche come schizofrenia, disturbo bipolare, malattia di Alzheimer e depressione maggiore.
I modelli di apprendimento automatico prevendono le variazioni delle sequenze di DNA
Successivamente, i ricercatori hanno costruito modelli di apprendimento automatico mirati a prevedere come specifiche variazioni delle sequenze di DNA possano influenzare la regolazione dei geni e contribuire allo sviluppo di malattie.
Anche se queste recenti scoperte offrono importanti dettagli sul cervello umano e sui suoi disturbi, gli scienziati sono ancora nel processo di mappare in modo esaustivo il cervello.
Dr. James Giordano, il professore presso il Pellegrino Center di neurologia e biochimica presso il Georgetown University Medical Center, ha commentato l’edizione speciale di Science, pubblicata il 13 ottobre 2023, che copre la ricerca basata su The BRAIN Initiative.
Ha detto che “questi studi, pubblicati in una serie di articoli su importanti riviste mediche, presentano la prima mappa completa dei meccanismi molecolari propri di specifici tipi di cellule in aree discrete del cervello umano.”
“Insieme, questi studi offrono un ‘atlante molecolare’ di nodi di cellule che sono genotipicamente correlati all’espressione di determinati fenotipi strutturali e funzionali che potrebbero essere coinvolti in diverse condizioni neuropsichiatriche.”
– Dr. James Giordano
Dr. Consuelo Walss-Bass, professore di psichiatria e scienze comportamentali e direttore del programma di Genetica Psichiatrica presso l’UTHealth Houston, ha notato che “la ricerca sul cervello umano è stata storicamente difficile a causa della limitata capacità di ottenere campioni di cervello umano.”
“Tuttavia, recentemente, gli avanzamenti nelle tecnologie genomiche, uniti alla maggiore disponibilità di tessuti cerebrali post mortem, hanno agevolato la generazione di dati omici a più livelli, inclusi epigenomica, trascrittomica, proteomica, nel cervello umano”, ha aggiunto.
“Questo è un esempio fondamentale degli avanzamenti in tecnologia, descrivendo come sia ora possibile identificare, a livello di singola cellula, regioni di DNA coinvolte nella regolazione dell’espressione genica (ovvero l’accensione o lo spegnimento dei geni). Fino ad ora, mancava una tecnologia che permettesse di risolvere questo livello di conoscenza a livello di singola cellula.”
– Dr. Consuelo Walss-Bass
Il futuro è promettente, ma sono necessarie ulteriori ricerche
Tuttavia, Dr. Stefan Ivantu, psichiatra consulente presso ADHD Specialist, ha dichiarato di ritenere che i ricercatori abbiano ancora molta strada da fare per compilare un vero “Atlante delle cellule cerebrali”.
“Secondo me,” ci ha detto, “analizzare 1 milione di cellule è considerato un campione piccolo data la complessità del cervello umano. Pochissime persone sono consapevoli del fatto che il cervello umano contiene in media 86 miliardi di cellule che interagiscono tra di loro costantemente.”
“Ciò che rende ancora più difficile sono le interazioni tra le cellule, che sono molto più complesse”, ha aggiunto. “Tuttavia, con strumenti di imaging e intelligenza artificiale sempre più potenti, potremmo essere in grado di comprendere i pattern correlati a condizioni specifiche.”
Nella visione del Dr. Ivantu, “[un] campo più promettente è il calcolo quantistico, che, unito ai recenti progressi dell’intelligenza artificiale, potrebbe essere più efficace per comprendere il cervello umano.”
Tuttavia, ha osservato che “[è] estremamente incoraggiante che i ricercatori stiano utilizzando sempre più tecnologie per i prossimi passi nella comprensione del cervello umano, e credo che questa sia l’approccio giusto.”
La Dr.ssa Walss-Bass ha sottolineato che i ricercatori “hanno identificato aree del genoma nelle singole cellule cerebrali che determinano se un gene verrà espresso, ovvero tradotto in RNA e poi proteina, per svolgere funzioni specifiche.”
“Da questo, gli autori sono stati in grado di correlare geni precedentemente associati a schizofrenia e ad altre malattie psichiatriche con regioni nel DNA in cui viene regolata l’espressione di questi geni”, ha spiegato.
“Comprendere come viene regolata l’espressione genica in specifici tipi di cellule del cervello è un progresso significativo che aiuterà a far luce sui meccanismi neurobiologici dei disturbi psichiatrici e potrebbe portare allo sviluppo di nuove terapie per trattare tali disturbi.”
– Dr. Consuelo Walss-Bass
Implicazioni significative per i futuri pazienti
Il Dr. Sultan ha spiegato che questa “ricerca ha implicazioni significative per i pazienti e il pubblico.”
“Avanza la nostra comprensione delle basi genetiche dei disturbi neuropsichiatrici, aprendo potenzialmente la strada a trattamenti mirati e alla medicina di precisione in campo neuropsichiatrico,” ha spiegato il Dr. Sultan.
Il Dr. Ivantu ha sottolineato che, “a breve termine, le implicazioni per i pazienti e il pubblico saranno limitate. Ci vogliono anni affinché un test superi la fase di ricerca e raccolga le prove per essere implementato nella pratica clinica.”
“Tuttavia,” ha osservato, “a lungo termine potremmo essere in grado di comprendere l’origine di alcuni disturbi neuropsichiatrici e forse anche di più!”
“Se la tecnologia diventa efficace, questa non giocherà solo un ruolo nel trattamento delle condizioni, ma ancora più entusiasmante è la prevenzione. Infine, l’aspetto più importante è dare l’esempio con questo studio e incoraggiare la comunità dei ricercatori ad utilizzare l’IA e la tecnologia nei loro progetti,” ha spiegato il Dr. Ivantu.
Il Dr. Ivantu ha concordato, concludendo che “il futuro sembra promettente.”
