Somnul este reglat de mecanisme biologice complexe, iar tulburările de somn sunt frecvente în numeroase afecţiuni neurologice şi psihiatrice. Modelele experimentale care reproduc aceste procese sunt limitate, iar dezvoltarea unor sisteme biologice relevante ar putea ajuta la înţelegerea cauzelor şi la identificarea unor posibile soluţii terapeutice.
Cercetători de la Facultatea de Medicină a Universităţii Yale (Yale School of Medicine), au creat în laborator organoizi ai glandei pineale, structura cerebrală responsabilă de reglarea somnului prin secreţia hormonului melatonină.
Studiul, publicat în revista Cell Stem Cell, arată că aceşti organoizi pot fi utilizaţi pentru a investiga tulburările de somn asociate unor afecţiuni precum sindromul Angelman, autismul sau depresia.
Organoizii sunt structuri tridimensionale obţinute din celule stem, care pot reproduce parţial organizarea şi funcţiile unor organe reale. Pentru a genera organoizi ai glandei pineale, cercetătorii au trebuit să stabilească exact combinaţia de factori chimici, momentul administrării şi durata expunerii, proces care a durat aproape un an.
După ce au reuşit să dezvolte în laborator astfel de organoizi, echipa a verificat dacă aceştia reproduc caracteristicile glandei pineale. Analizele au arătat că organoizii conţin mecanismele necesare pentru producerea melatoninei. Ulterior, cercetătorii au demonstrat că organoizii pot fi stimulaţi să elibereze acest hormon.
În organism, secreţia de melatonină este declanşată de un grup de celule nervoase numit ganglion cervical superior. Pentru a reproduce acest proces, cercetătorii au creat un „asambloid”, adică au conectat organoidul pineal cu un alt organoid care imită celulele nervoase. Stimularea acestuia a determinat eliberarea de melatonină din organoidul pineal.
Funcţionalitatea organoizilor a fost testată şi in vivo. Cercetătorii au înlocuit glanda pineală la şoareci cu organoizi creaţi în laborator şi au constatat că melatonina era în continuare prezentă în sânge, ceea ce indică faptul că aceştia funcţionează în organism.
Pentru a evalua utilitatea modelului în studiul bolilor, echipa a dezvoltat organoizi ai glandei pineale din celule stem provenite de la pacienţi cu sindrom Angelman, o afecţiune genetică rară caracterizată prin întârziere în dezvoltare, dizabilitate intelectuală, tulburări de vorbire şi probleme de coordonare. Majoritatea pacienţilor prezintă şi tulburări severe de somn, inclusiv dificultăţi de a adormi şi niveluri scăzute de melatonină.
În stadiile timpurii de dezvoltare, organoizii specifici sindromului Angelman au fost mai mici decât cei normali, iar diferenţa de dimensiune a crescut în timp. În plus, aceştia au dezvoltat structuri care nu apar în mod obişnuit în organoizii pineali. Celulele identificate semănau cu plexul coroid, reţeaua de ţesut din ventriculii cerebrali care produce lichid cefalorahidian.
Analiza expresiei genice a arătat că genele implicate în formarea plexului coroid erau activate, în timp ce genele necesare pentru sinteza melatoninei erau aproape complet inactive. Rezultatele sugerează o modificare a activităţii celulare, în care celulele glandei pineale nu mai produc melatonină şi capătă funcţii specifice plexului coroid.
Observaţii similare au fost identificate şi în modele animale ale sindromului Angelman, unde ţesutul de tip plex coroid invada glanda pineală. Cercetătorii investighează în prezent dacă aceste modificări apar şi la pacienţi.
Pe termen lung, autorii studiului explorează posibilitatea utilizării transplantului de organoizi sau a principalelor tipuri de celule ale glandei pineale ca abordare pentru tulburările de somn asociate sindromului Angelman, autismului sau îmbătrânirii.
În paralel, echipa încearcă acum să reproducă în laborator ritmurile circadiene şi ciclurile de somn, pentru a înţelege mai bine cauzele acestor tulburări şi pentru a testa potenţiale tratamente.
Potrivit autorilor, dezvoltarea unor astfel de modele ar putea contribui la îmbunătăţirea tratamentului pentru persoanele care se confruntă cu probleme de somn.
