Menggunakan Penyelidikan Sel Kulit untuk Mengkaji Dasar Autisme Selular
Ahli sains saraf di Stanford University School of Medicine mengkaji sel-sel dari pesakit dengan sindrom Timothy, keadaan genetik yang jarang berlaku yang dikaitkan dengan salah satu bentuk autisme yang paling kuat: Dengan kata lain, kebanyakan orang dengan mutasi sindrom Timothy mempunyai autisme sebagai gejala, antara masalah lain.
Autisme adalah spektrum gangguan perkembangan interaksi sosial dan verbal yang terganggu. Malangnya, sains perubatan belum mengembangkan kaedah untuk merawat penyebab autisme. Akibatnya, memahami apa yang berlaku dalam perkembangan otak autistik adalah bidang penyelidikan yang cukup besar.
Dalam kajian semasa, saintis membuat hipotesis bahawa autisme pada pesakit sindrom Timothy disebabkan oleh mutasi gen yang mengganggu komunikasi sel saraf.
Secara khusus, saintis percaya bahawa mutasi gen menjadikan saluran kalsium pada membran neuron cacat, mengganggu bagaimana neuron tersebut berkomunikasi dan berkembang.
Pengaliran kalsium ke dalam neuron memungkinkan mereka melepaskan api, dan cara aliran kalsium diatur adalah faktor penting dalam bagaimana otak kita berfungsi.
Para penyelidik juga mendapati sel-sel otak yang tumbuh dari individu dengan sindrom Timothy mengakibatkan lebih sedikit jenis sel yang menghubungkan kedua-dua bahagian otak, serta terlalu banyak pengeluaran dua utusan kimia otak, dopamin dan norepinefrin. Selanjutnya, mereka mendapati bahawa mereka boleh membalikkan kesan ini dengan menyekat saluran yang rosak secara kimia.
Sergiu Pasca, M.D., dan Ricardo Dolmetsch, Ph.D., mengetuai kajian itu, yang diterbitkan dalam talian di Perubatan Alam.
Menurut penyelidik, jurang dalam pemahaman kita mengenai penyebab gangguan psikiatri seperti autisme menjadikan mereka sukar untuk dirawat. Secara semula jadi, penyelidikan mengenai autisme dan penyakit psikiatri dan neurologi lain dibatasi oleh ketidakupayaan untuk mengambil sampel dan bereksperimen pada tisu otak yang hidup.
Untuk mengatasi hal ini, Dolmetsch dan rakan-rakannya menggunakan pendekatan baru yang melibatkan apa yang dikenali sebagai sel induk pluripoten yang diinduksi, atau sel iPS.
"Kami mengembangkan cara mengambil sel kulit dari manusia dengan sindrom Timothy dan mengubahnya menjadi sel stem, kemudian mengubah sel induk tersebut menjadi neuron," kata Dolmetsch. Para saintis mengembangkan sel-sel iPS ini sebagai gumpalan terapung bebas dalam larutan kaya nutrien, kemudian memindahkan gumpalan ke plat kultur tisu.
Dalam medium, beberapa plat mengembangkan sfera otak tiga dimensi yang selnya kemudiannya berpindah ke luar dan matang menjadi neuron.
Neuron-neuron ini membentuk tiga lapisan yang berbeza, pendekatan pertama tisu hidup yang baik di otak. Dengan memvisualisasikan neuron-neuron ini di bawah mikroskop dan mengukur ekspresi gen mereka, para saintis dapat mencirikan kelainan pada tahap sel yang mungkin berkaitan dengan autisme.
Neuron yang tumbuh dari sel iPS sindrom Timothy menunjukkan lonjakan tahap kalsium yang lebih besar daripada biasa, menunjukkan saluran kalsium kehilangan kemampuan mereka untuk mematikan. Ini memancarkan perubahan dramatik dalam isyarat neuron, menyusun semula bagaimana gen diekspresikan.
Penemuan ini menguatkan pandangan bahawa autisme berpunca daripada kecacatan dalam penyambungan otak.
Pasca dan Dolmetsch mempunyai saat "aha" ketika mereka menyedari bahawa neuron yang tumbuh dari sel sindrom Timothy membuat terlalu banyak enzim yang paling penting untuk menghasilkan dopamin dan norepinefrin, yang memainkan peranan penting dalam pemprosesan deria dan tingkah laku sosial. Kesedaran itu dapat memberikan petunjuk penting mengenai apa yang menyebabkan masalah yang dilihat pada autisme.
Untuk menentukan sama ada kenaikan enzim dapat diterbalikkan, para saintis merawat neuron dengan bahan kimia yang menyekat saluran kalsium yang rosak, yang disebut roscovitine.
Mereka melihat pengurangan hampir 70 peratus dalam proporsi sel yang menghasilkan enzim, yang mengesahkan saluran kalsium yang rosak adalah penyebab penghasilan terlalu banyak dopamin dan norepinefrin. Kebolehbalikan seperti ini menunjukkan bahawa kelainan sel tertentu dalam autisme dapat diatasi.
Dolmetsch memberi amaran, bagaimanapun, bahawa roscovitine pada masa ini tidak diluluskan untuk digunakan pada manusia dan tidak pernah diuji pada anak-anak. Walaupun kini dalam ujian klinikal untuk kanser paru-paru, dilaporkan menyebabkan mual dan kesan sampingan yang lain.
"Kesan sampingan yang dilaporkan mungkin disebabkan oleh fakta bahawa, selain menargetkan saluran yang bermutasi pada autisme, roscovitine juga menghambat kinase yang diperlukan untuk percambahan sel," katanya. "Kami berpendapat bahawa roscovitine adalah titik permulaan yang baik, tetapi mungkin harus dioptimumkan sebelum berguna untuk autisme."
Sementara itu, kajian ini merupakan pencapaian besar dengan kejayaannya mengembangkan teknik untuk mencipta semula bagaimana neuron individu dengan sindrom Timothy berkembang di persekitaran makmal. Ini pertama kalinya mungkin untuk mengkaji gangguan pada sel manusia daripada sel tikus, jadi ini menunjukkan model klinikal yang lebih baik, kata Dolmetsch.
"Hasil ini dapat menghasilkan alat penelitian yang sangat kuat," katanya. "Ini adalah penyakit psikiatri manusia dalam hidangan petri."
Sumber: Pusat Perubatan Universiti Stanford
