وباستخدام أنسجة المخ المزروعة في المختبر، كشف الباحثون عن أنماط معقدة من الإشارات العصبية التي تختلف بمهارة بين العقول السليمة وتلك المرتبطة بالاضطرابات النفسية الشديدة.

لأول مرة، استخدم العلماء عضويات دماغية بحجم حبة البازلاء تمت زراعتها في المختبر للكشف عن كيفية حدوث خلل في الخلايا العصبية في مرض انفصام الشخصية والاضطراب ثنائي القطب. تؤثر هذه الحالات النفسية على ملايين الأشخاص حول العالم، ومع ذلك يظل من الصعب تشخيصها لأن الباحثين ما زالوا يفتقرون إلى فهم واضح لآلياتها الجزيئية الأساسية.

يمكن أن تساعد النتائج الأطباء في النهاية على تقليل عدم اليقين التشخيصي عند علاج هذه الحالات وغيرها من حالات الصحة العقلية. في الوقت الحاضر، يتم تحديد مثل هذه الاضطرابات عادةً من خلال الحكم السريري وحده، وغالبًا ما يعتمد العلاج على أساليب طويلة من التجربة والخطأ في العلاج.

وتم نشر تقرير مفصل عن النتائج في المجلة APL الهندسة الحيوية.

“من الصعب جدًا تشخيص مرض انفصام الشخصية والاضطراب ثنائي القطب لأنه لا يوجد جزء معين من الدماغ يتعطل. ولا تتعطل إنزيمات محددة كما هو الحال في مرض باركنسون، وهو مرض عصبي آخر يمكن للأطباء تشخيصه وعلاجه بناءً على الدوبامين وقالت آني كاثوريا، مهندسة الطب الحيوي في جامعة جونز هوبكنز والتي قادت البحث: “إن هذا المرض لا يزال غير موجود على الرغم من عدم وجود علاج مناسب له. أملنا هو أنه في المستقبل لا يمكننا فقط التأكد من أن المريض مصاب بالفصام أو ثنائي القطب من عضيات الدماغ، ولكن يمكننا أيضًا البدء في اختبار الأدوية على العضيات لمعرفة ما هي تركيزات الدواء التي قد تساعدهم في الوصول إلى حالة صحية”.

يقوم التعلم الآلي بفك تشفير الإشارات الخاصة بالمرض

ابتكر فريق كاثوريا العضويات، وهي نسخ مبسطة من أنسجة المخ، عن طريق إعادة برمجة خلايا الدم والجلد من الأشخاص المصابين بالفصام، والاضطراب ثنائي القطب، ومن متطوعين أصحاء إلى خلايا جذعية قادرة على تكوين هياكل تشبه الدماغ. ثم تقدموا بطلبهم التعلم الآلي أدوات لتحليل النشاط الكهربائي لخلايا الكائنات العضوية، مما يسمح لهم بتحديد أنماط إطلاق النار العصبية المرتبطة بالحالات الصحية والمرضية. في الدماغ البشري، تتواصل الخلايا العصبية من خلال إشارات كهربائية صغيرة.

كانت السمات المحددة لهذا النشاط الشبيه بالدماغ بمثابة مؤشرات حيوية لمرض انفصام الشخصية والاضطراب ثنائي القطب، مما مكن الباحثين من التعرف بشكل صحيح على أصل العضيات باستخدام دقة بنسبة 83 بالمائة. وبعد تطبيق تحفيز كهربائي لطيف للكشف عن نشاط عصبي إضافي، زادت هذه الدقة إلى 92%.

التوقيعات الكهربائية الخاصة بالاضطراب

تعكس الأنماط التي تم تحديدها حديثًا سلوكًا كهروفيزيولوجيًا معقدًا فريدًا من نوعه بالنسبة لمرض انفصام الشخصية والاضطراب ثنائي القطب. حدثت طفرات إطلاق عصبي وتغيرات في التوقيت في وقت واحد عبر معلمات متعددة، مما أدى إلى إنتاج توقيعات كهربائية مميزة لكل حالة.

وقال كاثوريا: “على الأقل من الناحية الجزيئية، يمكننا التحقق من الخطأ الذي يحدث عندما نصنع هذه الأدمغة في طبق ونميز بين الأعضاء العضوية من شخص سليم، أو مريض انفصام الشخصية، أو مريض ثنائي القطب بناءً على توقيعات الفيزيولوجيا الكهربية هذه”. “نحن نتتبع الإشارات الكهربائية التي تنتجها الخلايا العصبية أثناء النمو، ونقارنها بالعضويات المأخوذة من المرضى الذين لا يعانون من اضطرابات الصحة العقلية هذه.”

ولدراسة كيفية تشكيل خلايا العضيات لشبكات عصبية مع بعضها البعض، وضعوها على شريحة دقيقة مزودة بمصفوفات متعددة الأقطاب الكهربائية تشبه الشبكة الكهربائية. ساعدهم هذا الإعداد على تبسيط البيانات كما لو أنها جاءت من مخطط كهربية الدماغ الصغير، أو EEG، الذي يستخدمه الأطباء لقياس نشاط دماغ المرضى.

تنمو هذه الكائنات العضوية بشكل كامل ويبلغ قطرها حوالي ثلاثة ملليمترات، وتحتوي على أنواع مختلفة من أنواع الخلايا العصبية الموجودة في قشرة الفص الجبهي للدماغ، والمعروفة بوظائفها الإدراكية العليا. كما أنها تحتوي على المايلين، وهي مادة خلوية تلتف حول الأعصاب مثل العزل حول الأسلاك الكهربائية لتحسين شبكة الإشارات التي يحتاجها الدماغ للتواصل مع بقية الجسم.

نحو علاج نفسي شخصي

وقال كاثوريا إن البحث شمل 12 مريضًا فقط، ولكن من المرجح أن يكون للنتائج تطبيق سريري في العالم الحقيقي، لأنها يمكن أن تكون بداية اختبار مهم لعلاجات الأدوية النفسية.

يعمل الفريق حاليًا مع جراحي الأعصاب والأطباء النفسيين وغيرهم من علماء الأعصاب في كلية الطب بجامعة جون هوبكنز لتجميع عينات دم من مرضى نفسيين واختبار مدى تأثير تركيزات الأدوية المختلفة على النتائج التي توصلوا إليها. وقال كاثوريا إنه حتى مع وجود عينة صغيرة، يمكن للفريق البدء في اقتراح تركيزات الدواء التي قد تعمل على المريض إذا تمكنوا من تطبيع ظروف العضو العضوي.

وقال كاثوريا: “هكذا يقوم معظم الأطباء بإعطاء المرضى هذه الأدوية، باستخدام طريقة التجربة والخطأ التي قد تستغرق ستة أو سبعة أشهر للعثور على الدواء المناسب”. “الكلوزابين هو الدواء الأكثر شيوعًا الموصوف لمرض انفصام الشخصية، لكن حوالي 40% من المرضى لديهم مقاومة له. مع عضياتنا، ربما لن نضطر إلى القيام بفترة التجربة والخطأ. ربما يمكننا أن نعطيهم الدواء المناسب في وقت أقرب من ذلك”.

المرجع: “الكشف الممكّن بالتعلم الآلي عن التوقيعات الفيزيولوجية الكهربية في النماذج المشتقة من iPSC للفصام والاضطراب ثنائي القطب” بقلم كاي تشينج، أوتوم ويليامز، أنانيا كشيرساجار، ساي كولكارني، راكيش كارماتشاريا، ديوك هو كيم، سريديفي في سارما وآني كاتوريا، 22 سبتمبر 2025، APL الهندسة الحيوية.
دوى: 10.1063/5.0250559

تم دعم هذا العمل من خلال منح المعاهد الوطنية للصحة R01MH113858 وK08MH086846 (إلى RK)، وR01NS133965 (إلى D.-HK).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.