Menschliche Stammzellen gestalten eine neue Herangehensweise an Autismus Forschung (Op-Ed)

Alysson Muotri ist Associate Professor in der Abteilung für Pädiatrie und zelluläre & molekulare Medizin an der University of California, San Diego School of Medicine und Rady Kinder Krankenhaus San Diego. Er trug diesen Artikel, um Live Science Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Autismus-Spektrum-Störung (ASD) ist eine verheerende conditio humana, eine lebenslange Entwicklungsstörung, die sowohl im Leben Störfaktoren ist – wo es scheint, plötzlich und ohne Vorwarnung bei Kleinkindern erscheinen – und im Labor, wo sie beharrlich entzieht sich einfache Untersuchung und Verständnis.

Zahlreiche Studien über Familiengeschichten und Zwillinge zeigen, dass einige Fälle von ASD eindeutig erblich sind. Aber die überwiegende Mehrheit der ASD Fällen sind keine familiären oder vererbbar, aber eher sporadisch oder idiopathically auftreten – ohne ersichtlichen Grund.

Die Ursache oder Ursachen von ASD zu finden – die in der Regel Entdeckung der wirksame neue Behandlungen oder vorbeugende Maßnahmen, geschweige denn etwas wie eine Heilung vorausgehen – Wissenschaftler setzen derzeit auf eine unvollkommene Toolbox.

Sondierung des Gehirns, menschliche oder nicht

Die einfachste und direkteste Methode der Untersuchung des menschlichen Gehirns ist die lebendige Orgel direkt zu untersuchen. Aus unzähligen Gründen, dieser Ansatz ist jedoch nicht praktisch, wünschenswert oder sogar ausreichend – zumindest nicht mit aktuellen Technologien. Manchmal sind Wissenschaftler in der Lage, Post-mortem Gewebe zu untersuchen. In der Tat, produziert dieser Ansatz bemerkenswerte Ergebnisse letztes Jahr über Entwicklungs Unterschiede im Gehirn von Kindern mit Autismus. Aber es stellt auch einen eigenen Satz von Herausforderungen, darunter, dass Studienmaterialien ein äußerst knappes gut sind. Leben-bildgebende Verfahren sind zu verbessern, aber sie sind immer noch relativ stumpfe analytische Instrumente.

Immer öfter wenden sich Wissenschaftler an Tiermodellen, in der Regel Mäuse, deren Gehirne oder Verhaltensweisen geändert haben, um Aspekte des ASD zu imitieren. In diesem Sinne sind sie nicht anders als die Tiermodelle verwendet, Diabetes, Krebs und viele andere menschliche Krankheiten zu studieren.

Aber so viel wie Nagern und Menschen bestimmte grundlegende Gemeinsamkeiten teilen, gibt es auch angeborene Unterschiede in ihrer genetischen Hintergründen, Immunsystem und Gehirn Schaltungen. Darüber hinaus können Tiermodelle nicht die individuellen Unterschiede innewohnt, menschlichen Populationen vertreten. Einfach ausgedrückt, sind Mäuse nicht kleine Menschen; Menschen sind eine andere Art, und diese Unterschiede können erheblich sein. [Daten aus Tierversuchen ist nicht zuverlässig für die menschliche Gesundheitsforschung (Op-Ed)]

Krankheit in einer Petrischale

Viel versprechender ist die Weiterentwicklung der menschlichen Biologie-basierte Modelle, wie induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), abgeleitet von autistischen Patienten selbst ohne Schaden. Die iPSCs, von normalen Zellen in Neuronen, verwandelt darstellen was ist umgangssprachlich als "Krankheit in einer Petrischale." Sie können in Hülle und Fülle kultiviert werden. Sie können minutiös für Enthüllungen über spezifische biochemische oder zelluläre Funktionen untersucht werden, die wahrscheinlich innerhalb der Entwicklung des fetalen Gehirns bestimmt, um autistisch zu sein auftreten. Sie können mögliche schädliche Umweltfaktoren und mögliche Behandlung Medikamente ausgesetzt werden.

Aber die Wissenschaft ist noch nicht ganz da. Gibt es noch Einschränkungen zu überwinden, aber bemerkenswerte Fortschritte erzielt worden. Verwendet z. B. mein Lab an der University of California hat San Diego School of Medicine iPSCs von Patienten mit Rett-Syndrom, eine Art von ASD, abgeleitet, um wie bestimmte gen Veränderungen Ursache Dysfunktion zu untersuchen. Noch wichtiger ist, Rett-Syndrom-derived Neuronen mit Kandidat Chemikalien zu retten konnten wir umkehren neuronale Defekte. Klinische Studien basierend auf dieser Forschung wurden in den Vereinigten Staaten und anderen Ländern eingeführt.

Darüber hinaus haben andere seit unserem ersten Bericht gezeigt, dass iPSCs verwendet werden können, um andere Arten von Autismus, wie Fragile X-Syndrom, Timothy-Syndrom und sogar sporadische Autismus zu modellieren.

Einige Formen von ASD sind recht selten. Es ist schwer zu erreichen, eine Stichprobe ausreichend guten Wissenschaft mit diesen Bedingungen zu tun, aber es ist nicht unmöglich. Eine Ressource: die Zahnfee. Kollegen haben damit begonnen, Fragen Eltern von Kindern mit ASD, geben Sie uns ihre "Milchzähne," von denen wir Zahnpulpa Stammzellen zu extrahieren und sie als Neuronen umprogrammieren. Derzeit haben wir mehr als 300 Proben aus einer Liste von mehr als 3.500 Familien in den USA und Brasilien.

Diese iPSCs kann nicht nur für das was sie auf molekularer und genomischer Ebene offenbaren könnte untersucht werden, aber sie können auch im Laufe der Zeit zu den klinischen Ergebnissen ihrer ehemaligen Besitzer verglichen werden.

iPSCs kann in drei Dimensionen angebaut werden. Sie organisieren selbst, in Sphären, die ähneln einem 9 Wochen alten menschlichen Fötus Gehirn zu entwickeln. Diese Kugeln sind natürlich nicht genau Minibrains. Einige Komponenten fehlen oder an den falschen Orten. Aber sie bieten eine noch nie da gewesenen Panorama der sehr frühen Entwicklung des Gehirns und wie Dinge schief gehen kann.

Darüber hinaus Modelle und weiter nach Lösungen

Fortschritte in der Gewebetechnik, wie Haut und Knorpel in einem Labor zu erstellen führt schließlich auf die Fähigkeit, menschlichen neuronale Mikroschaltungen zu bauen, die einige der dynamischen Interaktionen zu replizieren, die im Körper stattfinden. Diese lebendige Mikroschaltungen wäre eine Art von in Vitro, in Vivo Modell – eine "Gehirn auf einem Chip", der Neurowissenschaftler zu beobachten und manipulieren, ganze Systeme ermöglichen würde, nicht nur einzelne Zellen.

Diese sind immer noch die frühen Stadien der Erforschung dieser Techniken, und bleibt noch viel um zu tun. Das Gehirn gibt nicht leicht seine Geheimnisse. Aber all diese Ansätze – kombiniert mit priorisierten Forschungsförderung auf Geschwindigkeit Fortschritte in der Systembiologie, computergestützte Simulationen, Bildgebung des menschlichen Gehirns und Populationsgenetik – vorschlagen, die Zukunft der ASD Forschung ist hell. Damit kommt das Versprechen der verbesserte Diagnosen, Behandlungen und ein besseres Leben für Menschen mit Autismus.

Alle Experten stimmen Fragen und Debatten zu folgen – und werden Sie Teil der Diskussion – auf Facebook, Twitter und Google +. Die Meinungen sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Meinung des Herausgebers. Diese Version des Artikels erschien ursprünglich am Leben Wissenschaft.