Voorspelling van de verspreiding van dementie, neuron door neuron - nieuw computerprogramma

Het 22 maart nummer van neuron onthult dat een nieuw ontwikkeld wiskundig computerprogramma de manier heeft bijgehouden waarop verschillende vormen van dementie zich in het menselijk brein verspreiden en dat het kan voorspellen waar en wanneer de verspreiding zich voordoet in het neuron van de hersenen van de patiënt tot het neuron van 'prionachtige' toxische eiwitten, hetzelfde proces waarop alle vormen van dementie zijn gebaseerd.
Patiënten en hun families zouden kunnen profiteren van de bevindingen door geholpen te worden om een ??diagnose van dementie te bevestigen, wat hen ook in staat zou stellen om zich voor te bereiden op toekomstige cognitieve dalingen die in de loop van de tijd zullen plaatsvinden. Volgens hoofdonderzoeker Ashish Raj kan het programma in de toekomst ook artsen helpen bij het identificeren van geschikte hersendoelen voor therapeutische interventies, in een tijd waarin reeds gerichte medicijnen tegen dementie bestaan.
Dr. Ashish Raj Ph.D., een assistent-professor in de informatica voor radiologie aan het Weill Cornell Medical College die het computermodel heeft ontwikkeld, legt uit:

"Zie het als een weerradarsysteem, dat je een video laat zien van weerpatronen in jouw gebied in de komende 48 uur. Ons model, toegepast op de baseline magnetic resonance imaging-scan van een individueel brein, kan op dezelfde manier een toekomstige kaart produceren van degeneratie in die persoon in de komende jaren of decennia.
Dit zou neurologen in staat kunnen stellen te voorspellen wat de neuroanatomische en geassocieerde cognitieve toestand van de patiënt op een gegeven moment in de toekomst zal zijn. Ze konden zien of en wanneer de patiënt spraakgebreken, geheugenverlies, gedragskenmerken enzovoort zal ontwikkelen. Kennis van wat de toekomst in petto heeft, stelt patiënten in staat geïnformeerde keuzes te maken met betrekking tot hun levensstijl en therapeutische interventies.
Op een gegeven moment zullen we het vermogen verwerven om de gezondheid van specifieke hersenregio's en zenuwvezelkanalen te targeten en te verbeteren. Op dat moment kan een goede voorspelling van de toekomstige anatomische toestand van een onderwerp helpen om veelbelovende doelregio's voor deze interventie te identificeren. Vroege detectie is de sleutel tot het voorkomen en beheersen van dementie. "

Het baanbrekende computermodel is het meest recente, evenals het belangrijkste bewijsmateriaal ter ondersteuning van het idee dat dementie wordt veroorzaakt door eiwitten die zich via netwerken van neuronen door de hersenen verspreiden.
Het breidt de resultaten uit van een breed gerapporteerd onderzoek naar de ziekte van Alzheimer in februari, waarin onderzoekers van het Columbia University Medical Center en het Massachusetts General Hospital in muismodellen ontdekten dat de ziekte van Alzheimer begint in een bepaald deel van de hersenen, maar zich vervolgens via verkeerd gevouwen uitspreidt. toxische "tau" -eiwitten.
Dr. Raj beschrijft hoe hij zijn wiskundig model van de stroom van toxische eiwitten ontwikkelde voordat hij aantoonde dat het model de degeneratiepatronen die optreedt bij verschillende vormen van dementie nauwkeurig voorspelt.
Hij legt uit dat zijn model gebaseerd is op het recente inzicht dat alle bekende vormen van dementie gepaard gaan met, en waarschijnlijk worden veroorzaakt door abnormale of "verkeerd gevouwen" eiwitten. Alle eiwitten hebben een specifieke vorm die afhangt van hun specifieke functie. Mishandelde eiwitten kunnen echter ongewenste toxische effecten genereren, zoals bijvoorbeeld tau, een verkeerd gevouwen eiwit dat voorkomt in de hersenen van Alzheimerpatiënten en patiënten met frontale temporale dementie (FTD).
TDP43 en ubiquitine zijn andere verkeerd gevouwen eiwitten die ook worden gevonden in FTD, terwijl alfasynucleïne wordt gevonden bij de ziekte van Parkinson.
Verkeerd gevouwen of zieke eiwitten roepen andere eiwitten op om verkeerd te worden gevouwen, die ze op een specifieke neurale route aanraken. Om deze reden worden deze eiwitten 'prionachtig' genoemd.
Prionziekten, zoals de gekkekoeienziekte, waarbij de verkeerd gevouwen eiwitten worden overgedragen, worden van mens tot mens besmettelijk geacht. Echter, "Er is geen bewijs dat de ziekte van Alzheimer of andere vormen van dementie op die manier besmettelijk zijn, dat is waarom hun transmissie prionachtig wordt genoemd."
Dr. Raj zegt dat zijn model van trans-neuronale verspreiding van verkeerd gevouwen eiwitten "heel eenvoudig" is, omdat het hetzelfde proces modelleert waarmee elk gas in de lucht diffundeert, terwijl in het geval van dementie het diffusieproces plaatsvindt langs verbonden neurale vezeltrajecten in de hersenen.

Dr. Raj zegt:

"Dit is een algemeen proces waarbij elk ziekteveroorzakend eiwit kan resulteren in een verscheidenheid aan dementie."

Het model identificeert de neurale subnetwerken in de hersenen waarin verkeerd gevouwen eiwitten zich ophopen voordat ze doorgaan naar andere hersengebieden die zijn verbonden door netwerken van neuronen. De eiwitten veranderen de functie van alle hersengebieden die ze bezoeken tijdens dit proces.
Dr. Raj merkt op:

"Wat nieuw en echt heel opmerkelijk is, is het netwerkverspreidingsmodel zelf, dat op het normale netwerk voor hersenconnectiviteit inwerkt en erin slaagt veel bekende aspecten van hele hersenziektenpatronen bij dementie te reproduceren. Dit biedt een zeer eenvoudige verklaring waarom verschillende dementies er uitzien richten op specifieke delen van de hersenen. "

Raj slaagde erin patronen te matchen uit het diffusiemodel die de eiwittoewijzing in een gezond brein volgden naar de patronen van hersenatrofie die werd waargenomen bij patiënten met de ziekte van Alzheimer of FTD.
De degeneratie van de hersenen werd gemeten met MRI-scans en andere hulpmiddelen die het volume van verloren hersenvolume in elke regio van het brein van de patiënt konden kwantificeren. Amy Kuceyeski, Ph.D., co-auteur en een postdoctoraal medewerker die samenwerkt met Dr. Raj, hielp bij het evalueren van de hersenvolumemetingen van de zieke hersenen van de patiënt.
Dr. Raj concludeert:

"Onze studie toont aan dat een dergelijk spreidingsmechanisme rechtstreeks leidt tot de waargenomen atrofiepatronen die men bij verschillende dementies ziet.Hoewel de klassieke patronen van dementie algemeen bekend zijn, is dit het eerste model dat eigenschappen van hersennetwerken relateert aan de patronen en deze op een deterministische en voorspellende manier uitlegt. "

Geschreven door Petra Rattue