Enthüllung des Gehirns: Eine umfassende Untersuchung neuropsychiatrischer Erkrankungen anhand des menschlichen Gehirnzellatlas

von Klaus Müller
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neuropsychiatric disorders

In einem bedeutenden gemeinsamen Projekt unter der Leitung der University of California San Diego (UCSD) haben Wissenschaftler über eine Million menschliche Gehirnzellen untersucht, um komplexe Kartierungen von Genregulationselementen verschiedener Arten von Gehirnzellen zu erstellen. Diese Forschung, ein integraler Bestandteil der BRAIN-Initiative, unterstreicht den Zusammenhang zwischen bestimmten Zelltypen und häufigen neuropsychiatrischen Erkrankungen. Darüber hinaus nutzten die Forscher künstliche Intelligenz, um die Auswirkungen bestimmter Genvarianten zu prognostizieren, die als Hochrisiko gelten.

Forscher untersuchen Zusammenhänge zwischen Genregulationselementen und Zelltypen bei Erkrankungen wie Schizophrenie, Alzheimer und bipolarer Störung

In dieser umfangreichen Zusammenarbeit, an der mehrere Institutionen beteiligt waren und die von der UCSD geleitet wurde, untersuchte das Forschungsteam mehr als eine Million Zellen aus menschlichen Gehirnen, um detaillierte Baupläne für Genregulationselemente verschiedener Gehirnzelltypen zu entwickeln. Sie stellten auch Verbindungen zwischen diesen spezifischen Zelltypen und mehreren weit verbreiteten neuropsychiatrischen Erkrankungen her. Fortschrittliche Methoden der künstlichen Intelligenz wurden eingesetzt, um die Auswirkungen einzelner Hochrisiko-Genvarianten und ihren potenziellen Beitrag zu Krankheiten abzuschätzen.

„Das Gehirn ist keine monolithische Einheit, sondern ein komplexes Geflecht aus verschiedenen Zelltypen, von denen jeder ein eigenes Erscheinungsbild und eine unterschiedliche Rolle hat. „Die Entschlüsselung dieser verschiedenen Zelltypen und das Verständnis ihrer Funktionalitäten ist entscheidend für die Entdeckung neuer Therapiestrategien, die auf einzelne Krankheiten zugeschnitten werden können“, erklärte Bing Ren, Ph.D.

Ziele der BRAIN-Initiative

Die entscheidende Studie, die am 13. Oktober 2023 in einer speziellen Ausgabe von Science veröffentlicht wurde, ist Teil der 2014 ins Leben gerufenen Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN)-Initiative des National Institute of Health unser Verständnis des Gehirns von Säugetieren verbessern, teilweise durch die Entwicklung bahnbrechender Neurotechnologien zur Charakterisierung verschiedener neuronaler Zelltypen.

Entschlüsselung der zellulären Variabilität

Obwohl jede Zelle im menschlichen Gehirn die gleiche DNA-Sequenz aufweist, aktivieren verschiedene Zelltypen unterschiedliche Gene und in unterschiedlichen Mengen. Dies führt zu einer Vielzahl von Gehirnzelltypen, was die Architektur neuronaler Schaltkreise weiter verkompliziert. Das Verständnis dieser zellulären Unterschiede auf molekularer Ebene ist unerlässlich, um Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns zu gewinnen und neue Behandlungsmöglichkeiten für neuropsychiatrische Erkrankungen zu entwickeln.

Komplexität der Gehirnarchitektur

„Das Gehirn ist alles andere als eine einheitliche Struktur“, bemerkte Bing Ren, Ph.D., Professor an der UC San Diego School of Medicine. „Es besteht aus einem unglaublich komplexen Netzwerk von Neuronen und anderen nicht-neuronalen Zellen, die jeweils unterschiedliche Rollen erfüllen. Das Entschlüsseln dieser Zelltypen und das Verständnis ihres Zusammenspiels ist entscheidend für die Identifizierung neuer therapeutischer Wege, die auf bestimmte Zelltypen abzielen, die für einzelne Krankheiten von Bedeutung sind.“

Wichtige Erkenntnisse aus der Studie

In dieser aktuellen Untersuchung untersuchte das Team über 1,1 Millionen Gehirnzellen in 42 einzigartigen Gehirnregionen, die aus drei verschiedenen menschlichen Gehirnen stammen. Sie unterschieden 107 verschiedene Unterkategorien von Gehirnzellen und brachten spezifische Aspekte ihrer Molekularbiologie mit einem breiten Spektrum neuropsychiatrischer Krankheiten wie Schizophrenie, bipolarer Störung, Alzheimer-Krankheit und schwerer Depression in Verbindung. Mithilfe dieser Daten wurden Algorithmen für maschinelles Lernen entwickelt, um vorherzusagen, wie Variationen in DNA-Sequenzen die Genregulation beeinflussen und zur Krankheitsursache beitragen könnten.

Zukünftige Forschungsaussichten und -bestrebungen

Die Forschung ist zwar aufschlussreich, aber bei der Kartierung der Feinheiten des menschlichen Gehirns alles andere als schlüssig. Im Jahr 2022 gründete die UC San Diego gemeinsam mit dem Salk Institute und anderen das Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas. Dieses Zentrum möchte Zellen zahlreicher menschlicher Gehirne untersuchen, um zu untersuchen, wie sich das Gehirn während der Entwicklungsphasen, über die Lebensspanne und während Krankheitszuständen entwickelt.

„Die Ausweitung unserer Forschung auf einen noch größeren Detaillierungsgrad und einen größeren Pool an Gehirnproben wird uns dem Verständnis der biologischen Grundlagen neuropsychiatrischer Störungen und ihrer möglichen Behandlung immer näher bringen“, erklärte Bing Ren.

Referenz und Danksagungen

Zu den Mitwirkenden der Studie zählen unter anderem zahlreiche Fachleute von der UC San Diego, dem Salk Institute for Biological Studies, dem Karolinska Institute und dem Allen Institute of Brain Science. Finanzielle Unterstützung für diese Forschung wurde von den National Institutes of Health, der National Science Foundation und verschiedenen anderen Quellen bereitgestellt, darunter Stiftungen und Firmenspenden.

Die Forschung wurde durch eine Reihe von Zuschüssen von Institutionen wie den National Institutes of Health und der National Science Foundation sowie durch Beiträge unter anderem von Google, Adobe und Teradata unterstützt.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zu neuropsychiatrischen Erkrankungen

Welche Institutionen leiteten die Forschung zur Kartierung von Gehirnzellen und zu neuropsychiatrischen Störungen?

Die Forschung wurde von der University of California San Diego (UCSD) in Zusammenarbeit mit mehreren anderen Institutionen geleitet, darunter dem Salk Institute for Biological Studies, dem Karolinska Institute und dem Allen Institute of Brain Science.

Was ist der Hauptschwerpunkt dieser Forschung?

Das Hauptaugenmerk liegt auf der Kartierung genregulatorischer Elemente verschiedener Gehirnzelltypen und der Herstellung von Verbindungen zwischen diesen Zelltypen und häufigen neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Schizophrenie, bipolarer Störung, Alzheimer-Krankheit und schwerer Depression.

Wie viele menschliche Gehirnzellen wurden in der Studie analysiert?

Das Forschungsteam analysierte mehr als 1,1 Millionen Gehirnzellen aus drei verschiedenen menschlichen Gehirnen in 42 einzigartigen Gehirnregionen.

Welche Technologie wurde verwendet, um die Auswirkungen von Genvarianten mit hohem Risiko vorherzusagen?

Methoden der künstlichen Intelligenz wurden eingesetzt, um die potenziellen Beiträge einzelner Hochrisiko-Genvarianten zu neuropsychiatrischen Erkrankungen vorherzusagen.

Was ist die BRAIN-Initiative?

Die BRAIN-Initiative oder „Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative“ ist ein Programm, das 2014 vom National Institute of Health ins Leben gerufen wurde. Ziel ist es, das Verständnis des Gehirns von Säugetieren teilweise durch die Entwicklung neuartiger Neurotechnologien zu revolutionieren.

Gibt es Pläne für zukünftige Forschung?

Ja, die UC San Diego hat sich dem Salk Institute und anderen bei der Gründung des Center for Multiomic Human Brain Cell Atlas angeschlossen. Ziel dieses Zentrums ist es, Zellen zahlreicher menschlicher Gehirne zu untersuchen, um Veränderungen während der Entwicklung, über die Lebensspanne und bei Krankheiten zu verstehen.

Wie viele verschiedene Subtypen von Gehirnzellen wurden identifiziert?

Die Studie identifizierte 107 verschiedene Subtypen von Gehirnzellen und verwandte Aspekte ihrer Molekularbiologie für eine Reihe neuropsychiatrischer Erkrankungen.

Wer hat die Forschung finanziert?

Die Forschung wurde durch Zuschüsse der National Institutes of Health, der National Science Foundation und anderer Quellen unterstützt, darunter Stiftungen und Firmenspenden von Unternehmen wie Google, Adobe und Teradata.

Wer ist der leitende Autor der Studie?

Der leitende Autor der Studie ist Bing Ren, Ph.D., Professor an der San Diego School of Medicine der University of California.

Was sind die wichtigsten Erkenntnisse aus der Studie?

Die Studie liefert detaillierte Kartierungen von Genschaltern in verschiedenen Gehirnzelltypen, stellt Zusammenhänge mit neuropsychiatrischen Erkrankungen her und nutzt künstliche Intelligenz, um die Auswirkungen von Genvarianten mit hohem Risiko vorherzusagen.

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10 Kommentare

Jane Smith Oktober 15, 2023 - 4:48 pm

Ich war so beeindruckt von der Vorreiterrolle der UCSD. Es ist höchste Zeit, dass wir die Geheimnisse des Gehirns lüften, wissen Sie?

Antwort
John Doe Oktober 16, 2023 - 1:21 am

Das ist riesig! Endlich ein echter Fortschritt beim Verständnis des Gehirns. Wer weiß, welche Art von Behandlungen wir mit diesen Informationen entwickeln könnten?

Antwort
Peter Wilson Oktober 16, 2023 - 2:04 am

Ich muss dem Team Anerkennung zollen. Die Datenmenge und die Tiefe der Analyse sind einfach großartig. Hut ab!

Antwort
William Harris Oktober 16, 2023 - 3:48 am

Unglaublich, wie sie KI zur Vorhersage von Genvarianten mit hohem Risiko nutzen. Das ist zweifellos die Zukunft der Medizin.

Antwort
Nina Patel Oktober 16, 2023 - 7:28 am

Über eine Million Gehirnzellen und 107 Subtypen? Die Komplexität ist wahnsinnig. Ich kann es kaum erwarten zu sehen, wohin diese Forschung als nächstes führt.

Antwort
Sarah Anderson Oktober 16, 2023 - 8:39 am

Es ist faszinierend zu sehen, wie die Genkartierung die zugrunde liegenden Probleme von Erkrankungen wie Alzheimer aufdecken könnte. Das ist ein Game Changer.

Antwort
Robert Lee Oktober 16, 2023 - 9:19 am

KI und Gehirnforschung, zwei meiner Lieblingsfächer zusammen! Wir leben in einer Ära wissenschaftlicher Wunder.

Antwort
Laura Williams Oktober 16, 2023 - 11:08 am

Ich frage mich, ob dies zu einer personalisierten Medizin führen wird, die auf unseren Gehirnzelltypen basiert. Könnte ein Durchbruch sein.

Antwort
Emily Thompson Oktober 16, 2023 - 11:25 am

Im Ernst, 1,1 Millionen Gehirnzellen analysiert? Das ist einfach umwerfend. Wie lange hat das überhaupt gedauert?

Antwort
Mike Daniels Oktober 16, 2023 - 2:12 pm

Was kommt als nächstes, ein Heilmittel gegen Schizophrenie? Die Möglichkeiten mit Studien wie diesen sind endlos.

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