Functional neuroimaging identifies a cross-species biomarker for treatment monitoring in Angelman syndrome

Stellen Sie sich das Gehirn wie eine geschäftige Stadt vor, in der Milliarden winziger Boten (Neuronen) ständig Signale senden, um den Betrieb aufrechtzuerhalten. Manchmal gerät das Stromnetz dieser Stadt etwas in Verzug. Bei einer Erkrankung namens Angelman-Syndrom fehlt ein spezifisches „Bedienungshandbuch“ für das Energiemanagement des Gehirns. Dies führt zu einer Stadt, die ein wenig zu laut ist, da Signale in chaotischen Ausbrüchen abgefeuert werden, was schwere Entwicklungsverzögerungen, Bewegungsprobleme und einen Mangel an Sprache verursacht. Lange Zeit haben Ärzte versucht, einen zuverlässigen Weg zu finden, um zu messen, wie „fehlerhaft“ diese Stadt ist, insbesondere um zu sehen, ob neue Medikamente das Problem beheben. Die übliche Art, dem Summen der Stadt zuzuhören, ist mit einem EEG, bei dem klebrige Elektroden auf der Kopfhaut verwendet werden, um elektrische Funken einzufangen. Aber für viele Menschen mit dem Angelman-Syndrom ist es unglaublich schwierig, lange genug stillzusitzen, damit diese Elektroden funktionieren, und das elektrische Rauschen verändert sich, wenn sie älter werden, was es schwierig macht, Fortschritte im Laufe der Zeit zu verfolgen. Wissenschaftler brauchten einen neuen Weg, um die Aktivität des Gehirns zu „sehen“, der sanft, einfach zu verwenden und auf die gleiche Weise funktionierte, egal ob das Subjekt eine Maus oder ein Mensch war.

Hier kam ein Team von Forschern mit einer klugen Idee ins Spiel: Anstatt der Elektrizität zuzuhören, lassen Sie uns den Blutfluss beobachten. Denken Sie an das Gehirn wie an ein geschäftiges Restaurant; wenn die Köche (Neuronen) ein Kochfest veranstalten, brauchen sie mehr Brennstoff, also schicken die Kellner mehr Blut in die Küche. Indem wir diesen Blutansturm messen, können Wissenschaftler feststellen, wie hart das Gehen des Gehirns arbeitet. In dieser Studie verwendeten die Forscher zwei verschiedene „Kameras“, um diesen Blutfluss zu beobachten. Zuer Sie betrachteten Mäuse mit dem Angelman-Syndrom mit einer speziellen lichtbasierten Kamera, die winzige Veränderungen der Blutfarbe an der Oberfläche des Gehirns sehen kann. Dann nahmen sie eine ähnliche, tragbare Kamera namens fNIRS (funktionelle Naherinfrarotspektroskopie) und setzten sie bei echten Menschen mit dem Angelman-Syndrom ein. Das Ziel war zu sehen, ob der „Blutansturm“ sowohl in den Mäusen als auch in den Menschen gleich aussah und ob das Reparieren des fehlenden Bedienungshandbuchs in den Mäusen diesen Ansturm beruhigen würde.

Die Forscher fanden heraus, dass der Blutfluss im Gehirn beim Angelman-Syndrom wie ein Feueralarm ist, der auf „hohe Lautstärke“ hängen geblieben ist. Sowohl bei den Mäusen als auch bei den Menschen sandten ihre Gehirne, wenn sie einen visuellen Reiz (wie ein blinkendes Muster) wahrnahmen, eine viel größere und chaotischere Welle an Blut aus als üblich. Es war nicht nur ein bisschen lauter; es war ein deutliches, verstärktes Signal, das gleich blieb, egal ob das Subjekt eine junge Maus, eine erwachsene Maus, ein Kind oder ein erwachsener Mensch war. Dieser „Super-Ansturm“ an Blut war so konsistent, dass das Team ihn nutzen konnte, um zwischen einem gesunden Gehirn und einem Angelman-Gehirn mit sehr hoher Genauigkeit zu unterscheiden, sogar besser als durch die bloße Beobachtung des Verhaltens.

Aber der aufregendste Teil war, was geschah, als sie versuchten, das Problem zu lösen. In den Mäusen verwendeten die Wissenschaftler zwei verschiedene Behandlungen, um das fehlende Bedienungshandbuch wiederherzustellen. Eine Behandlung war wie ein Lieferwagen für Gene, der die fehlenden Teile abliefert, und die andere war ein molekularer „Radiergummi“, der die Blockade entfernt, die das Gehirn daran hindert, seine eigenen Teile herzustellen. Als sie dies taten, wurde der „Super-Ansturm“ des Blutes in den Gehirnen der Mäuse nicht nur ein wenig leiser; er kehrte auf normale Werte zurück. Je mehr das Bedienungshandbuch des Gehirns wiederhergestellt wurde, desto mehr beruhigte sich der Blutfluss und desto besser bewegten sich die Mäuse fort. Dies bewies, dass dieses Blutfluss-Signal nicht nur ein zufälliges Symptom ist, sondern ein direkter Spiegel der Krankheit und ein empfindlicher Maßstab dafür, wie gut eine Behandlung wirkt.

Als sie ihre Aufmerksamkeit auf Menschen richteten, standen sie vor einer schwierigen Herausforderung: Menschen mit dem Angelman-Syndrom bewegen sich oft viel, was normalerweise Gehirnscans ruiniert. Die Forscher entwickelten jedoch eine spezielle Methode, um die Daten zu bereinigen, und sie funktionierte. Sie fanden heraus, dass die Menschen mit dem Angelman-Syndrom genau das gleiche „Super-Ansturm“-Muster wie die Mäuse zeigten. Selbst obwohl die Menschen unterschiedlich alt waren und unterschiedliche Arten der Erkrankung hatten, blieb der verstärkte Blutfluss ein stabiles Merkmal. Dies deutet darauf hin, dass dieses Blutfluss-Maß ein zuverlässiger „artübergreifender“ Biomarker ist. Es bedeutet, dass Wissenschaftler ein neues Medikament an Mäusen testen, sehen, ob der Blutfluss ruhiger wird, und dann sicher sein können, dass dieselbe Messung auch beim Menschen funktioniert, um zu sehen, ob das Medikament hilft.

Kurz gesagt legt diese Arbeit nahe, dass das Beobachten des Blutflusses im Gehirn ein leistungsstarkes neues Werkzeug ist. Es fungiert wie ein universeller Übersetzer, der die gleiche Sprache wie Mäuse und Menschen spricht. Es zeigt, dass das Gehirn beim Angelman-Syndrom in einem Zustand der Übererregbarkeit ist, der messbar ist, und noch wichtiger, dass es verwendet werden kann, um zu verfolgen, ob Behandlungen erfolgreich die Ursache des Problems beheben. Während die Studie nicht behauptet, das Angelman-Syndrom geheilt zu haben, bietet sie einen sehr vielversprechenden, nicht-invasiven Weg, um zu überwachen, ob zukünftige Therapien tatsächlich wirken, was den Weg zu effektiven Behandlungen potenziell beschleunigen kann.