Примерно для одной трети людей с диагнозом биполярное расстройство литий – чудодейственный препарат, эффективно лечящий как манию, так и депрессию. Но после того, как кому-то поставлен диагноз, может потребоваться до года, чтобы узнать, будет ли этот человек среди 30 процентов, которые реагируют на литий, или среди 70 процентов, которые не реагируют.
Теперь ученые из Института Солка сообщают о способе с 92-процентной точностью предсказать, будет ли человек с биполярным расстройством литиевым ответчиком. Работа, появившаяся в сети Интернет в журнале Molecular Psychiatry 28 февраля 2017 года, подтверждает открытие лаборатории в 2015 году клеточной основы этого расстройства и может принести пользу не только тем, кто будет реагировать на литий, но и подавляющему большинству, кто не будет, избавляя их от неэффективное лечение.
"Что примечательно в этой системе, так это то, что вам не нужно использовать 500 или 600 клеток от нескольких пациентов," говорит Расти Гейдж, профессор лаборатории генетики Солка и старший автор новой работы. "Пяти клеток от одного пациента достаточно, чтобы определить, реагирует ли кто-то на литий или нет."
Более пяти миллионов американцев страдают биполярным расстройством, прогрессирующим психическим заболеванием, которое, если его не лечить, подвергает людей высокому риску самоубийства. Литий является предпочтительным лекарством для лечения расстройства, но неясно, почему он работает для одних людей, а не для других. Предыдущий прорыв команды Гейджа, опубликованный в Nature 28 октября 2015 года, предложил причину, показав, что нейроны людей с биполярным расстройством легче стимулируются, вырабатывая электрические импульсы быстрее, чем нейроны людей без расстройства. Команда обнаружила, что поддержание нейронов некоторых людей в среде, насыщенной литием, успокаивает эту гипервозбудимость.
"В 2015 году мы обнаружили, что клетки мозга людей с биполярным расстройством более чувствительны к раздражителям, чем клетки других людей," говорит Гейдж. "С тех пор мы смогли более подробно охарактеризовать эту чувствительность и различить четкие закономерности в нейронах пациентов с биполярным расстройством, которые позволяют нам предсказать, кто будет реагировать на литий, а кто нет."
Новое исследование было направлено на то, чтобы лучше понять, почему, несмотря на кажущуюся эквивалентную гиперактивность, нейроны некоторых пациентов с биполярным расстройством реагируют на литий, а нейроны других – нет. На этот раз, вместо использования клеток кожи, команда перепрограммировала лимфоциты (иммунные клетки) шести совершенно новых пациентов с биполярным расстройством, некоторые из которых известны как литиевые респонденты. Команда обнаружила такую же гипервозбудимость в нейронах лимфоцитов, подтвердив свои более ранние результаты.
"Но потом мы начали видеть кое-что еще," говорит Шани Стерн, научный сотрудник Солка и соавтор новой статьи. "Хотя респонденты и неответчики производят больше электрических импульсов и спонтанной активности, если мы посмотрим на электрофизиологические свойства, эти две группы сильно отличаются друг от друга."
Команда Солка описала электрические схемы возбуждения нейронных линий всех шести пациентов, измерив высоту и ширину спайков, порог для вызова реакции и другие качества. Общие модели заметно различались у респондентов и не ответивших.
"Эта работа была захватывающей, потому что мы воспроизвели предыдущее открытие гипервозбудимости нейронов в нейронах, полученных от новой когорты пациентов, диагностированных другим психиатром, что подтвердило надежность этой характеристики и ее потенциальное использование для разработки лекарств," говорит Рената Сантос, соавтор и соавтор исследования Солка.
Задаваясь вопросом, могут ли различия быть предсказуемыми, команда обучила компьютерную программу распознавать различия между профилями респондеров и неответчиков, используя схемы возбуждения 450 нейронов в течение шести независимых циклов обучения. В каждом раунде они начинали заново с нейронами пяти пациентов, чтобы обучить систему. Затем они протестировали систему с нейронами шестого пациента, чей литиевый статус был известен команде, но не программе. Они повторили процесс еще пять раз, что позволило им построить по существу шесть независимых моделей. Каждая модель обучалась на данных пяти из шести пациентов, каждый раз оставляя другого пациента вне обучающих данных, а затем позволяя модели классифицировать этого оставшегося пациента как отвечающего или не отвечающего. Используя образцы возбуждения всего пяти нейронов любого пациента, система определила человека как отвечающего или не отвечающего с точностью 92%.
"Эти исследования стволовых клеток являются технически сложными, а также трудоемкими и ресурсоемкими. В результате многие из опубликованных к настоящему времени исследований описывают только две или три линии стволовых клеток пациентов," – говорит Дэвид Панчисион, который курирует программу Национальной кооперативной группы исследования перепрограммированных клеток (NCRCRG) NIMH, которая поддержала эту работу. "Тот факт, что группа Гейджа может воспроизвести характеристику гипервозбудимости в нейронах дополнительных пациентов с биполярным расстройством, очень важен. Подобные открытия необходимы, чтобы использовать эти клетки для разработки новых лекарств для лечения психических заболеваний."
Команда говорит, что их метод может быть применен к лимфоцитам, взятым из образцов крови пациентов с биполярным расстройством, чтобы выяснить, будут ли конкретные люди подходящими кандидатами для литиевой терапии.
"Тиражирование научных результатов не очень интересно, но очень важно," говорит Гейдж. "Когда разные ученые могут получить одинаковые результаты на разных клетках у разных пациентов, мы можем быть более уверены в том, что действительно находимся на пути к чему-то, что будет полезно для пациентов."