Исследователи разрабатывают новые инструменты моделирования мозговой сети для продвижения исследований болезни Альцгеймера

Исследовательская группа под руководством Евгения Чумина, доктора философии, постдокторанта факультета психологии и наук о мозге Колледжа искусств и наук Университета Блумингтона, и Пола Террито, доктора философии, профессора медицины Медицинской школы Индийского университета, опубликовала их результаты опубликованы в журнале «Альцгеймер и деменция: журнал Ассоциации Альцгеймера».

По данным Ассоциации Альцгеймера, более 6,5 миллионов американцев в возрасте 65 лет и старше живут с болезнью Альцгеймера, и к 2060 году это число может вырасти почти до 14 миллионов. Хотя амилоидные бляшки и тау-клубки являются двумя основными признаками болезни Альцгеймера, исследования также показывают, что болезнь Альцгеймера изменяет метаболизм глюкозы в мозге.

В этом исследовании изучались изменения метаболической сети в мозге животных моделей с болезнью Альцгеймера, разработанные консорциумом экспертов Медицинской школы IU, Лаборатории Джексона, Университета. Питтсбургской и Sage Bionetworks. По словам Террито, инструменты, разработанные в рамках этого исследовательского сотрудничества, обеспечивают трансляционный подход к оценке прогрессирования болезни Альцгеймера на животных моделях и поддерживают тщательную разработку консорциумом моделей на животных и доклинические испытания лекарств, разработанные для изучения и лечения этого заболевания.

«Теперь мы впервые создали инструменты для оценки моделей мышей, несущих человеческие гены, которые основаны на хорошо зарекомендовавшем себя наборе инструментов Brain Connectivity Toolbox, используемом в исследованиях на людях», — сказал Террито. «Мы применяем эти инструменты, чтобы лучше понять прогрессирование болезни Альцгеймера и терапевтический ответ, и встраиваем их в качестве ресурса в MODEL-AD».

Террито, основной член Научно-исследовательского института нейронаук Старка Медицинской школы IU и соруководитель консорциума MODEL-AD, сказал, что два прошлых исследования вдохновили его на анализ того, как различные области мозга взаимодействуют во время прогрессирования заболевания.

Олаф Спорнс, доктор философии, заслуженный профессор кафедры психологии и наук о мозге в Университете Блумингтона, ранее публиковал статьи о сетевой нейробиологии, подходе к мониторингу прогрессирования заболевания с использованием теории графов и медицинской визуализации — МРТ и ПЭТ — для картирования, записывать, анализировать и моделировать элементы и взаимодействия нейробиологических систем человека. Это позволяет ученым видеть изменения, происходящие в подсетях мозга, расширяя возможности анализа нейровизуализации, такой как МРТ и ПЭТ. Чумин — научный сотрудник лаборатории Sporns.

Метаболические ковариационные сети моделей животных с болезнью Альцгеймера показали более низкую согласованность структуры сообщества по сравнению с нормальными моделями. Согласование количественно определяет склонность регионов метаболической сети объединяться вместе, при этом более низкие значения указывают на нарушения в межрегиональных отношениях метаболической активности.

Другое исследование провел Маттиа Веронезе, доктор философии, ученый из Королевского колледжа в Лондоне и доцент Падуанского университета в Италии, который изучал данные ПЭТ-изображений участников Инициативы по нейровизуализации при болезни Альцгеймера (ADNI) для поиска нейронной сети мозга. изменения и прогрессирование заболевания с использованием подхода сетевой нейробиологии, разработанного Спорнсом. Веронезе также является соавтором журнальной статьи «Альцгеймер и деменция».

«Эти две работы привели нашу команду к разработке инструментов, которые могли бы извлекать дополнительный смысл из изображений моделей мышей MODEL-AD с целью не только предоставить аналогичные показатели всего мозга, наблюдавшиеся в предыдущих клинических исследованиях, но также погрузиться глубже и возможно, поймут, как подсети в мозгу этих моделей могут пролить свет на механизмы лежащей в их основе биологии», — сказал Террито.

Чумин участвовал в разработке инструментов и ресурсов — от сетевого нейробиологического подхода к клиническим исследованиям на людях до доклинических моделей MODEL-AD на животных. Исследователи проанализировали мозг в целом, а также изучили его подсети, чтобы увидеть, как эти области взаимодействуют и взаимодействуют по мере прогрессирования заболевания.

«Используя этот подход, анализ изменений метаболизма на животных моделях, проведенный исследовательской группой, подтвердил предыдущие клинические данные о прогрессировании заболевания у пациентов с болезнью Альцгеймера», — сказал Террито.

Животные модели показали возрастные изменения в поглощении глюкозы, а также различия между мужчинами и женщинами, что аналогично результатам, полученным при болезни Альцгеймера на людях.

Террито сказал, что MODEL-AD планирует использовать эти сетевые нейробиологические инструменты в своих исследованиях других доклинических данных, включая модели болезни Альцгеймера с поздним началом, потенциальные методы лечения этого заболевания и мультимодальные анализы, которые объединяют данные нейровизуализации ПЭТ и МРТ.