Стволовые клетки в лечении аутизма, эпилепсии и шизофрении | Доктор Сергиу Пашка

Доктор Сергиу Пашка, профессор психиатрии и поведенческих наук Стэнфордского университета, рассказывает о биологии и генетике аутизма, объясняет, почему диагнозы аутизма растут, и описывает революционные подходы к изучению и лечению тяжелых форм аутизма с помощью стволовых клеток.

Аутизм как спектр заболеваний

Аутизм — это комплексное состояние, которое определяется исключительно по поведению, без биомаркеров. Распространенность достигает почти 3% населения, что значительно выше показателей времен медицинского образования Пашки, когда аутизм считался редким заболеванием.

Соотношение мужчин и женщин составляет 4:1, что может объясняться различиями в устойчивости нервной системы к повреждениям. Женский мозг, особенно при рождении, лучше переносит травмы — например, девочки-недоношенные имеют значительно лучшие исходы.

Исследования близнецов 1970-х годов показали сильный наследственный компонент аутизма. Если у одного из идентичных близнецов есть аутизм, вероятность его наличия у второго очень высока. Сегодня известны сотни генов, мутации в которых связаны с конкретными формами аутизма.

Генетические основы и диагностика

Около 20% пациентов с диагнозом аутизм получают генетический диагноз — выявляется конкретная мутация гена. Мутации могут передаваться от родителей или возникать de novo (спонтанно). Каждый человек имеет около 80 новых мутаций, из которых 30 нарушают структуру белков.

Примером четкой генетической формы служит синдром Тимоти — мутация одной буквы в геноме в гене кальциевого канала, которая вызывает относительно одинаковую клиническую картину у всех пациентов.

Гены, связанные с аутизмом, кодируют различные типы белков:

• Синаптические белки (синаптопатии)

• Ионные каналы (каналопатии)

• Белки упаковки ДНК (хроматинопатии)

Многие из этих генов экспрессируются не только в центральной нервной системе, но и на периферии, что подтверждают эксперименты Дэвида Гинти из Гарварда — мутации только в периферических тканях могут вызывать аутистическую симптоматику.

Рост распространенности аутизма

Увеличение диагнозов аутизма частично объясняется изменениями диагностических критериев и "диагностической миграцией" — дети, которых 30 лет назад диагностировали с интеллектуальной недостаточностью, сейчас попадают под критерии аутизма.

Известны исторические факторы риска, такие как талидомид — препарат, который давали беременным для предотвращения выкидышей, но который больше не назначается из-за серьезных врожденных дефектов.

Глобально распространенность аутизма растет не только в США — аналогичные показатели наблюдаются в Корее, скандинавских странах и других регионах, что опровергает гипотезы о специфических американских факторах окружающей среды.

Факторы Яманака и революция стволовых клеток

Синья Яманака 20 лет назад совершил прорыв, доказав возможность превращения обычных клеток кожи обратно в плюрипотентные стволовые клетки. Он выделил гены, которые экспрессируются на высоком уровне в плюрипотентных стволовых клетках, и показал, что комбинация всего четырех факторов (факторы Яманака) может "перепрограммировать" фибробласты кожи в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК).

Это открытие устранило этические проблемы использования эмбриональных стволовых клеток, поскольку теперь можно получать плюрипотентные клетки из биопсии кожи любого пациента.

Органоиды и ассемблоиды

Органоиды

Пашка и его команда начали выращивать нейроны из иПСК в 3D-культурах, создавая так называемые органоиды. В отличие от плоских 2D-культур, 3D-органоиды позволяют клеткам развиваться в более естественных условиях.

Удивительное открытие: органоиды поддерживают внутренний таймер развития. Клетки, выращенные в чашке в течение 9 месяцев, демонстрируют переход к постнатальной генной экспрессии точно в то время, которое соответствует рождению в естественных условиях. Например, субъединицы NMDA-рецепторов переключаются с 2B на 2A именно через 9 месяцев культивирования.

Ассемблоиды

Поскольку большинство заболеваний мозга связаны не с отсутствием клеток, а с нарушениями их соединений, Пашка разработал технологию ассемблоидов — объединения нескольких типов органоидов для создания функциональных нервных цепей.

Первый ассемблоид моделировал миграцию тормозных нейронов из глубоких структур мозга в кору. При объединении двух органоидов клетки самостоятельно находили друг друга и формировали правильные соединения.

Более сложные ассемблоиды включают четырехкомпонентные системы, моделирующие сенсорные пути: от сенсорных нейронов через спинной мозг и таламус к коре. Эти системы демонстрируют спонтанную синхронизированную активность и могут использоваться для изучения генетических форм болевых синдромов.

Трансплантация и тестирование терапий

Важное наблюдение: нейроны в культуре в 10 раз меньше, чем в реальном мозге. Трансплантация органоидов в мозг новорожденных крыс позволяет человеческим нейронам интегрироваться в существующие цепи и достигать нормального размера.

Критически важен момент трансплантации — только в раннем постнатальном периоде возможна полная интеграция. У взрослых животных интеграция минимальна.

Трансплантированные человеческие нейроны отвечают на стимуляцию усов крысы, доказывая функциональную интеграцию. Этот подход позволяет тестировать терапевтические препараты на человеческих нейронах в условиях живого организма.

Разработка терапии синдрома Тимоти

За 15 лет изучения синдрома Тимоти команда Пашки накопила достаточно знаний для разработки терапии. Они создали небольшой фрагмент нуклеиновой кислоты, который изменяет процессинг мутантного канала и устраняет все описанные дефекты.

Эта терапия готовится к первым клиническим испытаниям и станет первым препаратом для психиатрического заболевания, разработанным исключительно на основе моделей из человеческих стволовых клеток без использования животных моделей.

Этические соображения

Пашка подчеркивает важность правильной терминологии. Термин "мини-мозги" создает неверное представление о том, что в лаборатории создается точная копия человеческого мозга. На самом деле воссоздаются только отдельные части нервной системы.

Консорциум ведущих лабораторий мира разработал номенклатуру для органоидов и ассемблоидов, установив этические рамки исследований. Важно различать терапевтические приложения и попытки "улучшения" человека.

В ноябре планируется первая конференция в Асиломаре по этике нейроорганоидов, ассемблоидов и их трансплантации.

Другие направления исследований

Помимо синдрома Тимоти, лаборатория изучает:

• Эпилепсию с мутациями ионных каналов

• Синдром делеции 22Q11.2 (самая частая микроделеция у человека, 1 на 3000 рождений)

• Шизофрению — 30% риска у пациентов с 22Q11.2

• Дистонию — создают "петлевые ассемблоиды" с базальными ганглиями

📌 Основные выводы для практикующих врачей

1. Генетическое тестирование: 20% пациентов с аутизмом получают конкретный генетический диагноз, что важно для прогноза и будущих терапий.

2. Пенетрантность мутаций варьирует: Одна мутация может вызывать разную степень тяжести у разных пациентов — важно учитывать при генетическом консультировании.

3. Осторожность со стволовыми клетками: Коммерческие инъекции стволовых клеток при аутизме научно необоснованны и потенциально опасны.

4. Новые терапевтические подходы на горизонте: Первые препараты, разработанные на основе человеческих клеточных моделей, входят в клинические испытания.

5. Терминология имеет значение: Различать "тяжелый аутизм" и высокофункциональные формы критично для понимания терапевтических целей.

6. Время имеет решающее значение: Для потенциальных клеточных терапий мозга критически важны сроки вмешательства в развитии.