Результаты исследования, выполненного при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Fluids and Barriers of the CNS (ред. – Пресс-служба РНФ).
Недостаток кислорода в мозге новорожденного может возникать из-за падения артериального давления у матери, осложнений беременности или родов. Такое состояние, известное как родовая асфиксия, нередко приводит к гипоксически-ишемической энцефалопатии. В зависимости от региона, это осложнение встречается от одного случая на 666 новорожденных до одного на 38. Последствия могут быть тяжелыми — от детского церебрального паралича до стойких нарушений нервно-психического развития, требующих пожизненной медицинской помощи. В настоящее время единственным клинически применяемым методом терапии остается лечебная гипотермия, при которой новорожденного в первые трое суток жизни помещают в охлажденную среду.
По словам старшего преподавателя Максима Шараева, соруководителя Лаборатории искусственного интеллекта для биомедицины (BIMAI-Lab) со стороны Сколтеха, ключевая задача исследования — создать основу для таргетной медикаментозной терапии.
«Чтобы подобрать молекулу лекарства, необходимо понимать, какие именно процессы нарушаются в мозге при гипоксии и какие белки или другие биомолекулы меняют свою активность по сравнению с нормой», — пояснил ученый.
Провести такие исследования напрямую на человеческом мозге невозможно, а эксперименты на животных не всегда корректно отражают происходящее у человека. Поэтому ученые использовали мозговые органоиды — трехмерные модели различных отделов мозга, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
В органоидах, получавших недостаточное количество кислорода, наблюдались патологические изменения функции митохондрий, нейрогенеза, а также морфологии и функции эпителиальных клеток сосудистого сплетения. Источник: Роман Гастон-Бретон и др. / Fluids and Barriers of the CNS
Как рассказал профессор Рифат Хамуди, соруководитель BIMAI-Lab со стороны Университета Шарджи, часть органоидов выращивали в условиях дефицита кислорода, а часть — в нормальной среде. После этого исследователи проанализировали изменения в их биохимии, используя экспериментальные методы и алгоритмы искусственного интеллекта.
В результате ученые выявили ряд молекул, уровни которых существенно отличаются при гипоксии. Эти изменения связаны с нарушением нейрогенеза, работы митохондрий — клеточных «энергетических станций», а также с изменениями морфологии и функций эпителиальных клеток сосудистого сплетения. Кроме того, исследование подтвердило, что мозговые органоиды по составу синтезируемых белков достаточно близки к настоящей нервной ткани человека, что делает их перспективной моделью для дальнейших биомедицинских исследований.
В дальнейшем ученые планируют искать способы целенаправленного воздействия на выявленные патологические процессы и тестировать на органоидах потенциальные лекарственные соединения, которые могли бы снизить тяжесть повреждений мозга, вызванных гипоксией у новорожденных.
Ранее российские ученые выяснили, как возраст меняет риск развития рака.
