Новое исследование выявило важный фактор, стоящий за различными результатами, наблюдаемыми у детей с аутизмом. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что различия в биологическом развитии мозга в течение первых недель и месяцев эмбрионального роста играют значительную роль в тяжести симптомов аутизма в дальнейшей жизни.
Это открытие, опубликованное в журнале Molecular Autism позволяет глубже понять, почему у некоторых детей с аутизмом развиваются серьезные пожизненные проблемы, в то время как у других наблюдаются более легкие симптомы, которые со временем проходят.
Исследовательская группа стремилась решить давнюю загадку: почему симптомы расстройства аутистического спектра (РАС) так сильно различаются у детей? Некоторые дети с аутизмом испытывают серьезные трудности в социальных, языковых и когнитивных навыках и могут быть невербальными, в то время как другие демонстрируют значительные улучшения по мере взросления.
Понимание биологических корней этих различий необходимо для разработки более эффективных, индивидуальных методов лечения и вмешательств при аутизме. Предыдущие исследования предполагали, что аутизм имеет пренатальное происхождение, но ни одно исследование до сих пор не связывало раннее развитие мозга с тяжестью симптомов аутизма.
Для исследования ученые использовали новаторский подход, включающий индуцируемые плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). Эти стволовые клетки, которые можно перепрограммировать, чтобы стать любым типом человеческой клетки, были получены из образцов крови 10 малышей с диагнозом аутизм и шести нейротипичных малышей в качестве контроля. Затем iPSC использовались для создания органоидов коры головного мозга (BCO), которые представляют собой трехмерные модели, имитирующие кору головного мозга во время раннего эмбрионального развития. Эти «мини-мозги» позволили исследователям изучать процессы развития в контролируемой среде.
Этот метод позволил исследователям наблюдать и измерять развитие мозга, как это может происходить в первые недели и месяцы эмбриогенеза. Важным открытием стало то, что BCO, полученные от малышей с РАС, стали значительно больше — примерно на 40% больше, — чем те, которые были получены от нейротипичных малышей.
Одним из наиболее важных результатов исследования стала корреляция между размером BCO и тяжестью симптомов аутизма, наблюдаемых у детей. Малыши с самой тяжелой формой аутизма, называемой глубоким аутизмом, демонстрировали самые большие BCO.
С другой стороны, у малышей с более легкими симптомами аутизма BCO были лишь умеренно увеличены. Эта связь предполагает, что степень чрезмерного роста мозга во время эмбрионального развития может быть предиктором тяжести симптомов аутизма в дальнейшей жизни.
«Мы обнаружили, что чем больше размер эмбрионального BCO, тем тяжелее последующие социальные симптомы аутизма у ребенка», — сказал Эрик Курчесн из Калифорнийского университета в Сан-Диего, ведущий исследователь и содиректор Центра передового опыта в области аутизма. «У малышей с глубоким аутизмом, который является самым тяжелым типом аутизма, наблюдался наибольший чрезмерный рост BCO во время эмбрионального развития. У детей с легкими социальными симптомами аутизма наблюдался лишь легкий чрезмерный рост».
Исследование также включало визуализацию мозга для дальнейшего понимания различий в развитии мозга между детьми с расстройством аутистического спектра (РАС) и нейротипичными детьми. Визуализация проводилась на подгруппе малышей с использованием магнитно-резонансной томографии (МРТ). Эта передовая техника визуализации позволила исследователям получить подробные структурные изображения мозга, сосредоточившись на областях, критически важных для социального и языкового развития.
Результаты сканирования МРТ выявили существенные различия в структуре мозга между малышами с РАС и нейротипичными контрольными лицами. Дети с РАС, особенно с глубоким аутизмом, показали выраженный чрезмерный рост в нескольких областях мозга. Например, первичные сенсорные коры, которые участвуют в обработке слуховой, зрительной и тактильной информации, были значительно больше у детей с глубоким аутизмом по сравнению с контрольной группой. Этот чрезмерный рост также был очевиден в коре, связанной с социальными и языковыми функциями.
В дополнение к чрезмерному росту, данные визуализации выявили определенные области мозга, где рост был замедлен. В частности, было обнаружено, что зрительная кора у детей с глубоким аутизмом меньше, чем у нейротипичных детей. Это уменьшение размера может способствовать проблемам с сенсорным и социальным вниманием, которые обычно наблюдаются у детей с тяжелым РАС.
Результаты визуализации согласуются с результатами, полученными при исследовании органоидов коры головного мозга (BCO), полученных из iPSC. Корреляция между размером BCO и структурными аномалиями, наблюдаемыми при сканировании мозга, дает убедительные доказательства того, что чрезмерный рост, наблюдаемый во время эмбрионального развития, сохраняется и в раннем детстве. Кроме того, данные визуализации подтверждают поведенческие наблюдения, связывая больший размер мозга и чрезмерный рост с более серьезными социальными и когнитивными симптомами.
«Утверждение «чем больше мозг, тем лучше» не всегда соответствует действительности», — считает Элиссон Муотри, директор Центра комплексных космических исследований стволовых клеток Института стволовых клеток Сэнфорда и старший автор исследования.
Дальнейший анализ выявил потенциальный механизм, лежащий в основе этого чрезмерного роста. Исследователи обнаружили, что белок и фермент NDEL1, который играет ключевую роль в регуляции роста мозга, был снижен в BCO детей с РАС. В частности, более низкие уровни экспрессии NDEL1 были связаны с более крупными размерами BCO. Это открытие показало, что нарушение работы NDEL1 может быть ключевым фактором, способствующим аномальному росту мозга, наблюдаемому в органоидах, полученных из РАС.
«Определение того, что NDEL1 не функционирует должным образом, стало ключевым открытием», — сказал Муотри.
Несмотря на новаторские идеи, исследование имеет некоторые ограничения. Размер выборки был относительно небольшим, всего 10 малышей с РАС и шесть нейротипичных контрольных лиц. Для подтверждения этих результатов и изучения всего спектра тяжести РАС необходимы более масштабные исследования. Также необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять точные механизмы, посредством которых NDEL1 и другие факторы влияют на развитие мозга при РАС.
Исследовательская группа планирует продолжить изучение генетических и молекулярных основ чрезмерного роста мозга при аутизме. Выявив точные причины, они надеются разработать вмешательства, которые могут смягчить аномалии развития, наблюдаемые у детей с глубоким аутизмом.
