Pomogły myszy i cukier. Polscy naukowcy opracowali terapię autyzmu

Badania związane z autyzmem zrealizowała dr Alicja Puścian oraz jej współpracownicy z zespołu prowadzonego przez dr hab. Ewelinę Knapską, prof. Instytutu Nenckiego PAN i wiceszefową Centrum Badań Plastyczności Neuronalnej i Chorób Mózgu BRAINCITY. Jak dowodzą badacze, terapia dostosowana do konkretnych objawów autyzmu jest możliwa i efektywna.

W badaniach na zwierzętach naukowcy ci wykazali, że selektywne dostarczanie pewnego białka do jądra środkowego ciała migdałowatego (struktury mózgu zaangażowanej w zdolność do uczenia się) łagodzi poważne deficyty poznawcze u myszy z wadą genetyczną będącą najczęstszą jednogenową przyczyną autyzmu.

Jednocześnie białko to normalizuje fizjologię ich mózgów oraz ultrastrukturę neuronów i synaps, czyli połączeń między komórkami nerwowymi. Odkrycia Polaków zostały opisane na łamach „Molecular Psychiatry”.

Terapia celowana najczęściej kolarzy się z onkologią. „Celujemy” leczeniem w konkretny mechanizm molekularny w komórkach nowotworu. W terapii autyzmu podejście to jawi się jednak jako mniej oczywiste. W co można celować w przypadku tego schorzenia?

Jak wyjaśniają autorzy publikacji, nasze zachowanie kontrolują określone grupy komórek nerwowych (neuronów) w mózgu. Różne ich grupy odpowiadają za różne zachowania. Tak powiązane ze sobą funkcjonalnie grupy komórek nazywamy obwodami neuronalnymi.

Pierwszym celem w badaniach jest zatem identyfikacja obwodów neuronalnych zaangażowanych w konkretne objawy. W przypadku tego badania były to zachowania charakterystyczne dla autyzmu.

W zaburzeniach ze spektrum autyzmu nie można co prawda mówić o jednym specyficznym zachowaniu, które odróżnia autystów od reszty społeczeństwa. Najczęściej jest to szereg problemów utrudniających codzienne funkcjonowanie.

Istnieją jednak dwie podstawowe grupy objawów, które charakteryzują autyzm: są to zaburzenia w sferze funkcjonowania poznawczego (problemy z uczeniem się nowych rzeczy, powtarzalne, a jednocześnie nieadaptacyjne wzorce zachowań) oraz deficyty w sferze społecznej.

„Ponieważ problemy z uczeniem się i problemy z funkcjonowaniem społecznym nie zawsze występują z równie dużym nasileniem, możemy przypuszczać, że kontrolują je różne grupy neuronów. W naszej pracy zidentyfikowaliśmy obwód neuronalny w ciele migdałowatym, strukturze mózgu kontrolującej nasze emocje i motywację do działania. Odpowiada on u myszy za zdolność uczenia się lokalizacji smacznego pokarmu” - wyjaśnia w rozmowie z PAP prof. Ewelina Knapska.

Naukowcy wykorzystali w omawianym tu eksperymencie myszy, które, podobnie jak ludzie, lubią cukier. Co ważne, zastosowali w badaniach tzw. mysi model autyzmu, czyli zwierzęta zmodyfikowane w taki sposób, aby odwzorowywać problem genetyczny będący najczęstszą jednogenową przyczyną autyzmu - zespół łamliwego chromosomu X.

„Choroba ta uwarunkowana jest mutacją w genie Fmr1 kodującym białko FMRP. Gen ten znajduje się na chromosomie X, stąd nazwa zespołu. Jest to mutacja prowadząca do szeregu zaburzeń u pacjentów nią dotkniętych. Co ważne - aż 60 proc. z nich ma autyzm” - podkreśla w rozmowie z PAP dr Puścian.

Wykorzystane w badaniu zwierzęta poddano dwóm rodzajom testów. W obu przypadkach myszy znajdowały się w dużych, zautomatyzowanych klatkach. Tworzyły tam swego rodzaju społeczności, nie będąc narażonymi na obecność człowieka.

Na potrzeby pierwszego testu w czterech rogach klatki wydzielono specjalne strefy, w których jednocześnie mieściła się tylko jedna mysz. To, która mysz aktualnie przebywała w narożniku, eksperymentatorzy rozpoznawali dzięki czipom, jakie wcześniej umieszczono pod skórą wszystkich gryzoni.

Po wejściu do narożnika zwierzę mogło wybrać pomiędzy dwoma butelkami. Jedna z nich zawierała czystą wodę, druga - roztwór cukru. „Zwykłe” myszy szybko uczyły się, gdzie znajduje się ta druga, znacznie dla nich atrakcyjniejsza. Myszy, którym brakowało białka FMRP, uczyły się tego znacznie wolniej.

W drugim eksperymencie badacze postanowili przetestować zachowania społeczne zwierząt. Myszy wpuszczono do systemu Eco-HAB, złożonego z czterech klatek połączonych korytarzami, którymi zwierzęta mogły się swobodnie przemieszczać. Badacze oceniali, ile czasu poszczególne osobniki (także identyfikowane za pomocą podskórnych chipów) spędzały z towarzyszami oraz jak bardzo interesowały się nowym bodźcem społecznym, czyli trocinami w których mieszkały inne myszy i które przesiąknięte były ich zapachem.

„Zwykłe” myszy spędzały dużo czasu z pozostałymi osobnikami i bardzo interesowały się nowymi aromatami. Gryzonie z mutacją wykazywały dużo mniejszą ciekawość względem towarzyszy i ich zapachów.

Podsumowując: zwierzęta z wadą w genie Fmr1 - zgodnie z przewidywaniami naukowców - bardzo słabo radziły sobie z interakcjami społecznymi, a także z uczeniem się motywowanym nagrodą - słodką wodą.

„Pojawiło się pytanie, jak im pomóc. I tutaj dochodzimy do kolejnego aspektu ’celowania’ - próby zniwelowania dysfunkcji konkretnego mechanizmu molekularnego, podobnie jak w przypadku leczenia nowotworów.

W toku wieloletnich badań zidentyfikowaliśmy białko, metaloproteinazę macierzy zewnątrzkomórkowej 9 (w skrócie MMP9). Jego aktywność na synapsach w jednej z części ciała migdałowatego umożliwia myszom nauczenie się, jak znajdować słodką wodę” - wyjaśnia prof. Knapska.

Badaczka podkreśla, że w tym momencie zespół dokonał ciekawej obserwacji. Aktywność białka MMP9 w tym konkretnym obwodzie neuronalnym nie miała bowiem wpływu na zachowania społeczne zwierząt.

"Z innych badań wiedzieliśmy, że ta struktura mózgu jest zaangażowana w kontrolę interakcji społecznych, ale że nie odbywa się to poprzez neurony związane z MMP9. Wiedzieliśmy też, że u myszy (i ludzi) z mutacją, która wywołuje zespół łamliwego chromosomu X, białka MMP9 jest za dużo, ponieważ białka FMRP, które w normalnych warunkach hamuje wydzielanie MMP9 na synapsach, tutaj brakuje" - dodaje Knapska.

Brak odpowiedniej ilości FMRP przekłada się na zbyt dużą aktywność MMP9 w jądrze środkowym ciała migdałowatego. To z kolei zaburza proces prawidłowego uczenia się.

„Postanowiliśmy wykorzystać tę wiedzę, żeby spróbować ‘naprawić’ zaburzone uczenie się u myszy z łamliwym chromosomem X. Do wcześniej zidentyfikowanej części ciała migdałowatego wprowadziliśmy nanocząstki, które stopniowo uwalniają inhibitor białka MMP9, hamujący jego nadmierną aktywność. Celowaliśmy więc potrójnie: w określony objaw, określoną grupę neuronów i określony mechanizm molekularny” - czytamy dalej w tekście PAP. „Celowanie” odbywało się więc na różnych poziomach funkcjonowania organizmu.

Dalsze obserwacje wykazały, że obniżenie nadmiernej aktywności MMP9 w jądrze środkowym ciała migdałowatego przywracało myszom możliwość uczenia się, gdzie jest słodka woda. Nie pomagało jednak na zaburzone interakcje społeczne. Był to dowód na to, że poprzez odpowiednie „wyregulowanie” mechanizmu molekularnego w określonym obwodzie neuronalnym można wybiórczo korygować zaburzone zachowanie.

„Byłaby to zatem dobra terapia dla tych pacjentów, którzy największe problemy mają z uczeniem się, ale już nie dla tych, którzy w przeważającej mierze borykają się z deficytami w sferze społecznej” - zaznacza prof. Knapska.

Na razie badania prowadzono wyłącznie na myszach. Badaczki podkreślają jednak, że najważniejszy krok został już wykonany. „Wiemy już na których neuronach i na której ścieżce molekularnej powinniśmy się skoncentrować” - podkreślają.

Autorki dodają też, że nanocząstki wykorzystane w omawianym eksperymencie są obiecującym narzędziem terapeutycznym. Stosuje się je zresztą z powodzeniem w terapii nowotworów. W jaki jednak sposób opisywana metoda różni się od wcześniejszych prób hamowania aktywności MMP9 u osób z autyzmem?

Jak tłumaczą badacze, jest ona dużo bardziej wybiórcza. Dotyczy bowiem określonego objawu, określonej grupy neuronów i określonego mechanizmu molekularnego. Pozwala to na wyeliminowanie skutków ubocznych i korygowanie jedynie rzeczywiście występujących problemów.

„Takie podejście jest ważne, gdyż zmiana aktywności grup neuronów funkcjonujących poprawnie zwykle prowadzi do zaburzenia ich funkcji. Skutkuje to efektami ubocznymi. Istotne jest więc, aby odróżnić neurony, których funkcjonowanie jest zaburzone, od tych działających prawidłowo” – mówi prof. Knapska.

Naukowcy mają nadzieję, że opracowaną przez nich metodę leczenia w przyszłości będzie można wykorzystywać nie tylko u pacjentów ze spektrum autyzmu, ale również u osób z innymi zaburzeniami neurorozwojowymi.

„W wielu przypadkach znamy przyczynę genetyczną takich zaburzeń. Wiemy, który gen jest zmutowany lub który mechanizm molekularny nie funkcjonuje prawidłowo. Brakuje nam jednak wiedzy, jak u poszczególnych osób taka mutacja przekłada się na funkcjonowanie określonych grup neuronów. Zdobycie tej wiedzy pozwoliłoby na opracowanie odpowiednio celowanych terapii” - tłumaczą.

„Przyczyny autyzmu są bardzo złożone. Jednakże takie badania jak nasze dają nadzieję na zlokalizowanie grup neuronów i ścieżek molekularnych z nimi związanych, które są podłożem specyficznych objawów u różnych pacjentów ze spektrum autyzmu. To z kolei daje nadzieję na zaprojektowanie zindywidualizowanych terapii, celujących w objawy konkretnego pacjenta” - podsumowuje dr Puścian.

PAP - Nauka w Polsce, Katarzyna Czechowicz

kap/agt

Źródło: https://naukawpolsce.pap.pl/

Tytuł, śródtytuły i skróty pochodzą od redakcji Aletei Polska.