- In uno studio collaborativo condotto dall’Università della California a San Diego, gli scienziati hanno esaminato oltre 1 milione di cellule cerebrali umane per creare mappe complesse di regolatori genetici specifici per diversi tipi di cellule cerebrali.
- Questa ricerca non solo dimostra gli intricati legami tra categorie cellulari distinte e disturbi neuropsichiatrici prevalenti, ma apre anche la strada all’uso dell’intelligenza artificiale per prevedere l’impatto delle variazioni genetiche ad alto rischio all’interno di queste cellule, svelando potenzialmente informazioni sullo sviluppo della malattia.
- Questo studio costituisce una parte vitale della trasformativa BRAIN Initiative del National Institute of Health, avviata nel 2014, che cerca di rivoluzionare la nostra comprensione del cervello dei mammiferi facendo avanzare neurotecnologie innovative per classificare vari tipi di cellule neurali.
Un nuovo studio, pubblicato in un’edizione speciale di Scienzaevidenzia le connessioni tra particolari tipi di cellule e varie condizioni neuropsichiatriche prevalenti.
Nel cervello umano, ogni cellula possiede una sequenza di DNA identica, ma vari tipi di cellule utilizzano geni distinti in quantità variabili.
Questa diversità porta alla creazione di numerosi tipi di cellule cerebrali e si aggiunge alla complessità delle reti neurali.
Acquisire informazioni sulle distinzioni molecolari tra questi tipi di cellule è fondamentale per comprendere la funzionalità cerebrale e ideare approcci innovativi per affrontare i disturbi neuropsichiatrici, come la schizofrenia, il disturbo bipolare, il morbo di Alzheimer e la depressione maggiore.
Il cervello umano non è uniforme, un sistema intricato
Il cervello umano non è di natura uniforme. Comprende un sistema incredibilmente intricato di neuroni e cellule non neuronali, ciascuno con ruoli distinti.
La creazione di una mappa completa di questi diversi tipi di cellule cerebrali e la decifrazione delle loro funzioni collaborative porterà infine all’identificazione di nuovi trattamenti che possono colpire specificamente i tipi di cellule rilevanti associati a particolari malattie.
Hanno parlato quattro esperti, non coinvolti in questa ricerca Notizie mediche oggi sui suoi risultati.
Il dottor Ryan S. Sultan è un assistente professore di psichiatria clinica presso il Dipartimento di Psichiatria dell’Irving Medical Center della Columbia University e del New York State Psychiatric Institute. Ha osservato che la ricerca attuale “esplora un argomento importante nel campo delle neuroscienze e della genetica”.
Il dottor Sultan ha spiegato che “lo studio è ampio e comprende un’analisi dell’accessibilità della cromatina in 1,1 milioni di cellule provenienti da varie regioni del cervello”.
I ricercatori hanno individuato 107 sottocategorie uniche di cellule cerebrali e stabilito connessioni tra aspetti delle loro caratteristiche molecolari e vari disturbi neuropsichiatrici, come la schizofrenia, il disturbo bipolare, il morbo di Alzheimer e la depressione maggiore.
I modelli di apprendimento automatico prevedono le variazioni della sequenza del DNA
Successivamente, i ricercatori hanno costruito modelli di apprendimento automatico volti a prevedere in che modo specifiche variazioni della sequenza del DNA possono influire sulla regolazione genetica e contribuire allo sviluppo di malattie.
Sebbene queste recenti scoperte forniscano informazioni significative sul cervello umano e sui suoi disturbi, gli scienziati sono ancora in fase di mappatura completa del cervello.
Il dottor James Giordano, professore di neurologia e biochimica del Pellegrino Center presso il Georgetown University Medical Center, ha commentato la Scienza numero speciale, pubblicato il 13 ottobre 2023, che copre la ricerca basata sull’iniziativa BRAIN.
Ha affermato che “questi studi, pubblicati in una serie di articoli su importanti riviste mediche, presentano la prima mappa completa dei meccanismi molecolari inerenti a specifici tipi di cellule in aree discrete del cervello umano”.
“Presi insieme, questi studi forniscono un ‘atlante molecolare’ di nodi di cellule che sono genotipicamente correlati all’espressione di alcuni fenotipi strutturali e funzionali che possono essere coinvolti in una serie di condizioni neuropsichiatriche.”
– Dott. Giacomo Giordano
La dottoressa Consuelo Walss-Bass, professoressa di psichiatria e scienze comportamentali e direttrice del programma di genetica psichiatrica presso l’UTHealth Houston, ha osservato che “la ricerca di [the] Il cervello umano è stato storicamente difficile a causa della limitata capacità di ottenere campioni di cervello umano”.
“Tuttavia, recentemente, i progressi nelle tecnologie genomiche, insieme alla maggiore disponibilità di tessuto cerebrale post-mortem, hanno facilitato la generazione di dati omici multilivello, tra cui epigenomica, trascrittomica, proteomica, in [the] cervello umano”, ha aggiunto.
“Questo è un esempio fondamentale dei progressi tecnologici, che descrive come sia ora possibile identificare, a livello di singola cellula, le regioni del DNA coinvolte nella regolazione del modo in cui i geni vengono espressi (i geni vengono ‘accesi o spenti’). Finora mancava la tecnologia che consentisse di risolvere questo livello di conoscenza a livello di singola cellula”.
– Dott.ssa Consuelo Walss-Bass
Il futuro è promettente, ma sono necessarie ulteriori ricerche
Tuttavia, il dottor Stefan Ivantu, consulente psichiatra presso l’ADHD Specialist, ha affermato di ritenere che i ricercatori abbiano ancora molta strada da fare prima di compilare un vero “Atlante delle cellule cerebrali”.
“[I]Secondo me – ci ha spiegato – analizzare 1 milione di cellule è considerato un campione piccolo vista la complessità del cervello umano. Pochissimi [people] sono consapevoli che il cervello umano ha in media 86 miliardi di cellule che interagiscono costantemente tra loro”.
“Ciò che rende il tutto ancora più difficile sono le interazioni tra le cellule, che sono molto più complesse”, ha aggiunto. “Tuttavia, con strumenti immaginativi e di intelligenza artificiale più potenti, potremmo essere in grado di comprendere i modelli relativi a condizioni specifiche”.
Secondo il dottor Ivantu, “[a] un campo più promettente è l’informatica quantistica, che, unita ai recenti progressi dell’intelligenza artificiale, potrebbe essere più efficace nella comprensione del cervello umano”.
Tuttavia, ha osservato che “[i]È estremamente incoraggiante che i ricercatori utilizzino più tecnologia per i prossimi passi nella comprensione del cervello umano, e credo che questo sia l’approccio giusto”.
Il dottor Walss-Bass ha sottolineato che i ricercatori “hanno identificato aree del genoma nelle singole cellule cerebrali che determinano se un gene verrà espresso, cioè trasformato in RNA e poi in proteine, per svolgere funzioni specifiche”.
“Da ciò, gli autori sono stati quindi in grado di correlare i geni che erano stati precedentemente associati alla schizofrenia e ad altri disturbi psichiatrici con le aree del DNA in cui l’espressione di questi geni viene regolata”, ha spiegato.
“Comprendere come l’espressione genica è regolata in specifici tipi di cellule nel 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 questi disturbi”.
– Dott.ssa Consuelo Walss-Bass
Implicazioni significative per i futuri pazienti
Il dottor Sultan ha spiegato che questa “ricerca ha implicazioni significative per i pazienti e per il pubblico”.
“Fa avanzare la nostra comprensione delle basi genetiche dei disturbi neuropsichiatrici, aprendo potenzialmente la strada a trattamenti più mirati e alla medicina di precisione in neuropsichiatria”, ha spiegato il dottor Sultan.
Il dottor Ivantu ha sottolineato che “nel breve termine, le implicazioni per i pazienti e il pubblico saranno limitate. Ci vogliono anni prima che 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 oltre!”
“Se la tecnologia diventa efficace, non avrà solo un ruolo nel trattamento delle patologie, ma anche in una prevenzione ancora più entusiasmante. Infine, la cosa più importante è dare l’esempio con questo studio e incoraggiare la comunità dei ricercatori a utilizzare l’intelligenza artificiale e la tecnologia nei propri progetti”, ha spiegato il dottor Ivantu.
Il dottor Ivantu è d’accordo, concludendo che “il futuro sembra promettente”.
