Ertestore minihjerner dyrket fra pasientceller ga forskere ved Johns Hopkins presise elektriske signaturer for schizofreni og bipolar lidelse. Med maskinlæring traff de riktig i 83% av tilfellene – og 92% etter mild elektrisk stimulering. Funnene kan endre hvordan vi diagnostiserer og velger medisiner.

Gjennombrudd ved Johns Hopkins

Schizofreni og bipolar lidelse rammer millioner, men har manglet objektive biologiske markører. I en ny studie har forskere fra Johns Hopkins University identifisert distinkte elektriske mønstre i laboratoriedyrkede hjerne-organoider som skiller tilstandene med høy nøyaktighet.

«Schizofreni og bipolar lidelse er svært vanskelige å diagnostisere fordi ingen spesifikk del av hjernen slår ut. Ingen spesifikke enzymer aktiveres på samme måte som ved Parkinsons,» forklarer Annie Kathuria, biomedisinsk ingeniør ved Johns Hopkins som ledet studien.

Slik skapte de minihjernene

Forskerne omdannet blod- og hudceller fra pasienter med schizofreni, bipolar lidelse og friske kontrollpersoner til stamceller som utviklet seg til hjerne-organoider. De rundt tre millimeter store «minihjernene» inneholder flere nervecelletyper fra den prefrontale korteks—området for høyere kognitiv funksjon—og produserer også myelin.

Elektriske signaturer som biomarkører

Teamet målte organoidenes elektriske aktivitet og brukte maskinlæring for å finne mønstre koblet til sunn og usunn hjernefunksjon. Nevroner fra pasienter med schizofreni og bipolar lidelse viste uvanlige fyringsspisser og tidsendringer på tvers av flere målinger—et mønster som ble en distinkt signatur for hver tilstand.

For å studere nettverksdannelse la forskerne organoidene på mikrobrikker med multielektrode-arrays i et rutenett. Oppsettet ligner en liten EEG, og lot dem samle detaljerte signaldata.

Treffsikkerhet: 83% – og 92% med stimulering

• Kun basert på elektriske signaler ble organoider fra berørte pasienter identifisert korrekt i 83% av tilfellene.
• Ved mild elektrisk stimulering økte nøyaktigheten til 92%.
• Signaturene var komplekse og svært spesifikke for schizofreni og bipolar lidelse.

Mot presisjonsmedisin i psykiatrien

Funnene peker mot at organoider kan fungere som testplattformer for medisiner før behandling. I dag er behandlingen ofte en prøve-og-feile-prosess.

«Slik de fleste leger gir pasienter disse medisinene i dag, med en prøve-og-feile-metode som kan ta seks eller syv måneder for å finne riktig medikament,» sier Kathuria. «Klozapin er det vanligste medikamentet som foreskrives for schizofreni, men omtrent 40 prosent av pasientene er resistente mot det. Med våre organoider trenger vi kanskje ikke å gjennomføre den prøve-og-feile-perioden. Kanskje kan vi gi dem riktig medikament raskere enn det.»

Veien videre

Forskerteamet samarbeider nå med nevrokirurger, psykiatere og nevrovitere ved Johns Hopkins School of Medicine. De samler inn flere blodprøver fra psykiatriske pasienter for å undersøke hvordan ulike medikamentkonsentrasjoner påvirker organoid-aktivitet. Selv med begrenset prøvetall mener de å kunne foreslå doseringer som bidrar til å gjenopprette sunnere nevrale mønstre.

Studien bygger bro fra laboratoriet til klinikken ved å gjøre de elektriske mønstrene i minihjerner til målbare biomarkører for psykiatriske diagnoser.

Bunnlinjen: Ved å lese hjernens elektriske språk i miniatyr, viser Johns Hopkins-forskere at schizofreni og bipolar lidelse kan identifiseres objektivt—med opptil 92% nøyaktighet. Neste steg er å bruke samme plattform til å treffe riktigere medisin raskere. Kilder: ScienceDaily, Johns Hopkins University, APL Bioengineering.