"แผนที่ดนตรีแสดงให้เห็นว่าเซลล์สมองบางส่วนเสื่อมสภาพเร็วขึ้น

วิศวกรจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ค้นพบว่าเซลล์สมองบางเซลล์เสื่อมสภาพเร็วกว่าเซลล์อื่นๆ และเซลล์สมองเหล่านี้มีจำนวนไม่สมดุลในผู้ป่วยโรคอัลไซเมอร์ นอกจากนี้ นักวิจัยยังสังเกตเห็นความแตกต่างในกระบวนการเสื่อมสภาพของเซลล์สมองบางเซลล์ขึ้นอยู่กับเพศด้วย โดยคอร์เทกซ์ของสมองผู้หญิงมีเซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ "ที่เสื่อมสภาพ" ในสัดส่วนที่สูงกว่าเซลล์ประสาท "ที่เสื่อมสภาพ" เมื่อเทียบกับคอร์เทกซ์ของผู้ชาย

การค้นพบเหล่านี้เป็นไปได้ด้วยเทคนิคใหม่ที่เรียกว่า MUSIC (การทำแผนที่ปฏิกิริยาของกรดนิวคลีอิกในเซลล์เดี่ยว) ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถมองเข้าไปในเซลล์สมองแต่ละเซลล์และทำแผนที่ปฏิกิริยาระหว่างโครมาติน ซึ่งเป็นดีเอ็นเอที่ขดแน่นกับอาร์เอ็นเอ เทคนิคนี้ทำให้สามารถมองเห็นปฏิกิริยาเหล่านี้ในระดับเซลล์แต่ละเซลล์และศึกษาว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ส่งผลต่อการแสดงออกของยีนอย่างไร

“ดนตรีเป็นเครื่องมืออันทรงพลังที่ช่วยให้เราเข้าใจเชิงลึกมากขึ้นเกี่ยวกับด้านที่ซับซ้อนของโรคอัลไซเมอร์ ” Sheng Zhong ผู้เขียนอาวุโสของผลการศึกษานี้ซึ่งเป็นศาสตราจารย์จากภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพ Shu Chien-Gen Lai ใน Jacobs School of Engineering แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก กล่าว

“เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพในการค้นพบกลไกโมเลกุลใหม่ๆ ที่อยู่เบื้องหลังพยาธิสภาพของโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งอาจนำไปสู่การแทรกแซงการรักษาที่ตรงเป้าหมายมากขึ้น และช่วยให้ผู้ป่วยได้รับผลลัพธ์ที่ดีขึ้น”

สมองของมนุษย์ประกอบด้วยเครือข่ายเซลล์ที่ซับซ้อนซึ่งสื่อสารและโต้ตอบกันในรูปแบบที่ซับซ้อน ภายในเซลล์แต่ละเซลล์ ส่วนประกอบทางพันธุกรรม เช่น โครมาตินและอาร์เอ็นเอ จะโต้ตอบกันแบบไดนามิกเพื่อกำหนดหน้าที่ที่สำคัญของเซลล์ เมื่อเซลล์สมองเติบโตและแก่ตัวลง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครมาตินและอาร์เอ็นเอจะเปลี่ยนแปลงไป และคอมเพล็กซ์เหล่านี้อาจแตกต่างกันอย่างมากจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง โดยเฉพาะในเซลล์ที่โตเต็มที่ อย่างไรก็ตาม การไขความสลับซับซ้อนของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ยังคงเป็นความท้าทาย

เทคนิคที่เรียกว่า MUSIC เข้ามาช่วยได้ โดยเทคนิคนี้จะช่วยให้มองเห็นการทำงานภายในของเซลล์สมองแต่ละเซลล์ได้ ทีมของ Zhong ใช้ MUSIC ในการวิเคราะห์ตัวอย่างสมองหลังการเสียชีวิต โดยเฉพาะเนื้อเยื่อคอร์เทกซ์หน้าผากของมนุษย์ จากผู้บริจาค 14 รายที่มีอายุตั้งแต่ 59 ปีขึ้นไป โดยบางรายเป็นโรคอัลไซเมอร์และบางรายไม่มีโรค

ผลการศึกษาพบว่าเซลล์สมองแต่ละประเภทแสดงรูปแบบการโต้ตอบระหว่างโครมาตินและอาร์เอ็นเอที่แตกต่างกัน ที่น่าสนใจคือ เซลล์ที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโครมาตินสั้นน้อยกว่ามีแนวโน้มที่จะแสดงสัญญาณของการแก่ก่อนวัยและโรคอัลไซเมอร์

จงกล่าวว่า “จากการใช้เทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงนี้ในการวิเคราะห์เซลล์แต่ละเซลล์ เราพบว่าเซลล์สมองบางเซลล์มีอายุมากกว่าเซลล์อื่นๆ” เขาอธิบายว่าผู้ป่วยโรคอัลไซเมอร์จะมีเซลล์สมองที่มีอายุมากกว่าจำนวนมากกว่าผู้ที่มีสุขภาพดี

นักวิจัยเชื่อว่าการค้นพบครั้งนี้สามารถช่วยพัฒนาวิธีการรักษาโรคอัลไซเมอร์แบบใหม่ได้

"หากเราสามารถระบุยีนที่ผิดปกติในเซลล์เก่าเหล่านี้ได้ และเข้าใจหน้าที่ของยีนเหล่านี้ในโครงสร้างโครมาตินในบริเวณนั้น เราก็อาจสามารถระบุเป้าหมายการรักษาที่มีศักยภาพใหม่ๆ ได้เช่นกัน" Xingzhao Wen ผู้เขียนคนแรกของการศึกษานี้ซึ่งเป็นนักศึกษาปริญญาเอกสาขาชีวสารสนเทศในห้องแล็บของ Zhong กล่าว

การศึกษาพบความแตกต่างทางเพศในอายุของเซลล์สมอง ในเปลือกสมองของผู้หญิง นักวิจัยพบอัตราส่วนของเซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ที่แก่ชราต่อเซลล์ประสาทที่แก่ชราที่สูงกว่า เซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์เป็นเซลล์สมองชนิดหนึ่งที่สร้างชั้นป้องกันรอบๆ เซลล์ประสาท เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการรักษาหน้าที่ปกติของสมอง จำนวนเซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ที่แก่ชราที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้ความสามารถในการรับรู้ลดลง

“การมีอยู่ของเซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ที่เสื่อมสภาพอย่างไม่สมส่วนในคอร์เทกซ์สมองของผู้หญิงอาจทำให้เกิดความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับความเสี่ยงที่เพิ่มมากขึ้นของโรคระบบประสาทเสื่อมและโรคจิตเวชที่พบในผู้หญิง” เวินกล่าว

ขั้นตอนต่อไปสำหรับนักวิจัยคือการปรับปรุงดนตรีให้เหมาะสมยิ่งขึ้น เพื่อให้สามารถนำไปใช้ระบุปัจจัยต่างๆ เช่น ยีนควบคุมและวงจรทางพันธุกรรม ที่รับผิดชอบต่อการเร่งการแก่ของเซลล์สมองบางส่วนได้

“จากนั้นเราจะพัฒนากลยุทธ์ในการระงับการทำงานของยีนหรือวงจรเหล่านี้ โดยหวังว่าจะทำให้การแก่ของสมองช้าลง” จงกล่าว

ผลงานดังกล่าวได้รับการอธิบายไว้โดยละเอียดในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature